高頻電線參數關系解讀

目前線纜的主要電氣性能測試項目

序號 常用訊號傳輸名稱 簡稱 全稱對照表 1 回路損失 RL Return Loss 2 衰 減 IL(ATT) Insertion loss(Attenuation) 3 特性阻抗 Z0 Differential impedance 4 傳輸延遲 Delay Propagation Delay 5 延遲偏離 Skew Delay Skew 6 近端串擾 Next Next Nearend crosstalk 7 遠端串擾 Fext Far end crosstalk 8 近端串擾衰減比 Acr Attenuation-to-Crosstalk Ratio 9 上升時間 Rise time Rise time 10 單端轉共模測試 SCD21 NA SCD21 Diff To Comm Convert 11 近端的連接器阻抗 TDR Connector IMPZ TDR Connector IMPZ 12 遠端的連接器阻抗 TDR FE Connector IMPZ TDR FE Connector IMPZ 13 對內延遲差異 TDR IntraPairSkew TDR IntraPairSkew 14 遠端串音 TDT NEXT B TDT NEXT B

S11 表示在port 1 的反射損耗(return loss)，值越接近0 越好(越低越好，一般-25~-40dB)，表示傳輸路徑中反射(reflection)越小，也稱為輸入反射系數(Input Reflection Coefficient)，如S11為-25dB，則算出來的Vreflection約為輸入信號的6.3%，如S11為-10dB，則Vreflection約為輸入信號的30%.

S21 表示信號從port 1 傳遞到port 2 過程中的插入損耗(insertion loss)，值越接近1 越好(0dB)，表示傳遞過程損失(loss)越小，S21=-3dB意味著，約70%的輸入信號傳遞到了輸出端.

我們經常用到的單根傳輸線，或一個過孔，就可以等效成一個二端口網絡，一端接輸入信號，另一端接輸出信號，如果以Port1作為信號的輸入端口， Port2作為信號的輸出端口，那么S11表示的就是回波損耗，即有多少能量被反射回源端（Port1），這個值越小越好，一般建議S11< 0.1，即－20dB；S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸到目的端（Port2）了，這個值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大傳輸的效率越高，一般建議S21>0.7，即－3dB。

S11和S21是最常使用的兩個參數，除此之外，還有S22和S12，定義如下：

S22是從port2看過去的return loss，跟S11意思一樣，只是換了端口，S12表示從Port2看過去的insertion loss，跟S21相等.

寫到這，似乎已經差不多了，然而還有我們不常提及的S31，S41.

S31和S41表示的是，兩條傳輸線發生串擾時的反射系數.

S31表示近端串擾（NEXT，near end cross talk），S41表示遠端串擾（FEXT, far end cross talk）。

串音的產生原理

S31和S41之所以不常被提及，主要是因為通常單端信號之間，要求盡量減小串擾，在符合設計規范的板子上，S31和S41對于信號質量影響不大，而對于差分信號，則又有差分信號的S參數來描述，把1,3兩個端口，看做是差分port1，把2,4兩個端口，看做是差分port2.

串音的產生原理

SDD，表示差分模式的輸入（Stimulus）和反饋（Response）之間的關系.

SCC，表示共模模式的輸入和反饋之間的關系.

SCD，表示差分訊號和共模輸出的反饋之間的關系.

SDC，表示共模訊號和差分輸出之間的響應關系.

如上圖所示，SDD11的意思是，差分激勵在差分端口port1處的差分信號reflection loss。

SDC21的意思是，差分激勵在差分端口port1處看到的共模信號的inserssion loss.

傳統的網絡分析儀最多只能有4個端口，所以測試得到的S參數也只能是4端口的，也就是最多一次只能測試一對差分對（不過現在有多端口網絡分析儀PXI可以解決多端口網絡的測試），對于高速電路仿真而言，如果需要考慮傳輸線之間的串擾，傳統網絡分析儀測試得到的S參數就不能直接使用，但是可以通過工具進一步的合成處理，這樣就能考慮到串擾的影響啦，但是在實際測量中，如果手頭的ENA網絡分析儀只有兩個物理端口，怎么測量差分對(4個物理端口)的S參數呢？

實際上可以通過測量這四個端口兩兩之間的S參數，然后計算得出，如：

目前線纜的主要電氣性能不良項目

以下項目是目前量測經常遇到的不良項次

實際量測數據報告之 SCD21（共模輸出）-SDD21（差模輸出）

SCD21 NA SCD21 Diff To Comm Convert，單端轉共模測試(差模轉共模損耗）

SCD21為端口1至端口2的差模-共模轉換

SDD21 為端口1至端口2的差模傳輸

差模共模轉換，也就是說，在傳輸差模信號時，信號受到干擾，在接收端信號被誤判為共模信號；差模信號轉化為共模信號，就是指差模共模轉換了（理論上是越少越好）主要是描述測試對線間兩根訊號線的對稱性（或者叫平衡性，電磁耦合好壞的差異），和線對的衰減（ Insertion Loss ），延遲差（ Intrapair Skew)有關.

雖然從量測最終結果的表現為PASS,但是實際對間差異過大，掃頻測試會對其他對數的其他參數產生影響，是一環套一環的存在，當我們對著大山呼喊的時候，我們理解的回音就是一個存在的差模轉共模的損耗案例.

典型不良表現

Return Loss SDD22

Return Loss SDD22；RL是回波損耗的簡稱，是數字電纜產品的一項重要指標，電纜鏈路由于阻抗不匹配所產生的反射，是一對線自身的反射。不匹配主要發生在連接器的地方，但也可能發生于電纜中特性阻抗發生變化的地方，所以施工的質量是減少回波損耗的關鍵。回波損耗將引入信號的波動，返回的信號將被雙工的千兆網誤認為是收到的信號而產生混亂.

典型不良表現

影響SDD22回波損耗的制程因素﹕

導體均勻性﹑絕緣均勻性﹑發泡度均勻性﹑結構尺寸均勻性。

1) 導體直徑不均勻﹑導體有彎﹑導體不圓﹔

2) 絕緣芯線偏心﹑橢圓﹑線徑不均勻﹔

3) 發泡度不均勻﹔

4) 編織與外被的松緊也可引起回波的產生﹔工藝改善: 芯線制做均勻,導體圓整度,絕緣偏心度,收放線張力穩定.

Insertion Losss

Insertion Losss；高頻電子訊號在傳動時由于基本材料電阻，產生訊號強度(電壓)降低以外，尚有因高頻引發的Impedance，導致電子訊號強度再被降低,基本電阻的衰減取決于導體材質可稱直流衰減,電容電感的衰減取決于頻率高低可稱交流衰減，且頻率越高此衰減越嚴重.

典型不良表現

趨膚效應和介電損耗是造成電纜高頻損耗的主要原因

趨膚效應損耗(單位為dB)與電纜長度及頻率的平方根成正比；

介電損耗(單位為dB)與電纜長度及頻率成正比。

趨膚效應損耗主要來自于中、低頻，

介電損耗主要來自于高頻。

高頻電流流過導體時，電流會趨向于導體表面分布，越接近導體表面電流密度越大。這種現象就是趨膚效應。頻率越高，電流就越集中在導體表面，可以想象，當頻率足夠高時，電流幾乎只分布在導體表面上薄薄的一層，導體內部幾乎沒有電流

影響Insertion Losss的制程因素﹕

電線主要分為兩種，一種為同軸系列，一種為對絞系列

對屏蔽厚度﹕ 鋁箔厚度增加—衰減減小﹔ 鋁箔厚,繞包時不容易繞緊﹐可導致高頻衰減跳動。

成纜節距: 成纜節距增大—衰減減小﹔

總屏蔽: 屏蔽厚度及密度增加—衰減減小﹔

對內延時差大—衰減偏大。

設計改善:衰減偏大,加大導體線徑,加大絕緣線徑,加大發泡度,更改絕緣材料.(降低介質損耗角正切)

工藝改善:芯線押出時盡量圓整,發泡度均勻,水中電容調小

材料衰減：有電壓的情況下,分子會產生擺動,擺動會產生熱 量,即而把部分能量轉化為熱能.

導體衰減：導體會發熱,消耗的為熱能

反射衰減：遇到材料不均勻點

生產制造對參數的影響

導體工序

芯線工序

對絞包帶/包帶工序

總絞工序

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