訊號線特性阻抗相關(guān)知識

目錄1.對絞線作用；2.對絞線生產(chǎn)流程；3.對絞線主要生產(chǎn)工藝控制；4.特性阻抗介紹；5.影響特性阻抗的因素；6.行業(yè)UL10064對絞線生產(chǎn)瓶頸；第一頁，共17頁。1.對絞線簡介雙絞線(TP:TwistedPairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消，因此對絞線相對單線而言具備傳輸速率快，信號更穩(wěn)定之優(yōu)點，目前廣泛用于各種高頻信號傳輸場所。根據(jù)屏蔽狀況，對絞線分為：有屏蔽絞線（STP）及無屏蔽絞線（UTP），同時根據(jù)不同傳輸特性要求，對絞線使用之材料種類較多，如絕緣材料通常有PE，F(xiàn)EP，ETFE等等，導(dǎo)體通常有鍍錫銅，銀銅合金，銅包鋼等等。第二頁，共17頁。2.對絞線生產(chǎn)流程東莞元太公司目前主要生產(chǎn)UL10064系列對絞線，其規(guī)格分100Ω、110Ω。公司生產(chǎn)設(shè)備高速對絞機20余臺，退扭機10臺，每月產(chǎn)能約600萬米?，F(xiàn)針對對絞線生產(chǎn)流程大致介紹如下：（參照QC工程圖）第三頁，共17頁。3.主要生產(chǎn)工藝控制對絞線關(guān)鍵生產(chǎn)工藝單支銅絲OD絕緣單線OD絕緣單線同心度對絞絞距對絞張力退扭后絞距第四頁，共17頁。元太針對對絞線之管控A.單支銅OD：通過對阻抗公式的分析得知：導(dǎo)體的OD對絞線特性阻抗會產(chǎn)生影響。導(dǎo)體直徑的OD會影響電感和電容的大小，進而成為影響特性阻抗ZC，這是不可忽視的因素。要想控制好導(dǎo)體直徑，模具的精度至關(guān)重要，在設(shè)備運行狀況良好的條件下，導(dǎo)體直徑偏差不可超0.003mm,因此，在拉絲生產(chǎn)過程中應(yīng)經(jīng)常關(guān)注拉絲機的運行狀況及拉絲模精度的控制。第五頁，共17頁。續(xù)上B.絕緣單線OD：絕緣線芯外徑偏差和同心度是絕緣單線生產(chǎn)過程中最不易控制因素，而絕緣線芯外徑的波動和偏心會導(dǎo)致兩導(dǎo)線間距離的變化，這種變化的結(jié)果使特性阻抗ZC值發(fā)生變化，兩導(dǎo)線間距離變化越大特性阻抗ZC值波動就越大，嚴(yán)重時會遠遠偏離標(biāo)稱值?？紤]到押出工藝之可行性，絕緣外徑偏差一般控制在±0．01mm以內(nèi)，同心度不得小于80％（此標(biāo)準(zhǔn)為我司內(nèi)部根據(jù)目前生產(chǎn)工藝及實際測試數(shù)據(jù)總結(jié)得來）。要想得到比較均勻的特性阻抗，就要保證生產(chǎn)出的絕緣線芯的絕緣厚度和同心度都很好。造成絕緣偏心的主要因素有：模芯與導(dǎo)體間的間隙過大造成導(dǎo)線在模芯內(nèi)晃動、擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成、模芯和外模同心度不夠等等。第六頁，共17頁。續(xù)上C.對絞絞距：通常情況下，電纜的使用頻率越高，信號的波長就越短，絞對節(jié)距越小時平衡效果才好。但過小的絞合節(jié)距又會帶來生產(chǎn)效率低和絕緣芯線及導(dǎo)體扭傷變形的問題。絞距過大，則兩根單線之間信號傳輸平衡性及穩(wěn)定性越差，一般絞距選擇需綜合考慮如下因素：信號傳輸穩(wěn)定性，產(chǎn)品搖擺特性，生產(chǎn)效率及對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身之影響等等。

D.對絞張力：兩根單線在對絞過程中，張力需適當(dāng)，張力過小，易造成絞距不均（跳股）且兩根單線絞合太松最終導(dǎo)致單線間導(dǎo)體間距不穩(wěn)定，最終影響相關(guān)傳輸特性；張力過大，易造成導(dǎo)體拉小，絕緣OD變小，絕緣變形最終也會影響對絞線品質(zhì)。因此生產(chǎn)過程中需選擇合適張力并保持放線張力穩(wěn)定性，建議兩根單線之間張力差異值小于10g（內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)）第七頁，共17頁。續(xù)上

E.退扭后絞距：在對絞絞距較小情況下，在對絞過程中，絞線產(chǎn)品會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因此需要在原有對絞基礎(chǔ)上進行退扭，釋放扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可適當(dāng)減少因扭轉(zhuǎn)應(yīng)力過大造成絕緣變形、損傷以及客戶端放線裁線過程中線材打扭等現(xiàn)象。退扭后絞距管控：退扭率大小直接影響退扭后線材結(jié)構(gòu)及傳輸特性之穩(wěn)定性，退扭率過小，無法釋放對絞扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，線材易變形、損傷且裁線后線材打扭；退扭率過大，造成對絞結(jié)構(gòu)松散，阻抗不穩(wěn)定。目前我司退扭率為40%（退扭后絞距較退扭前偏大約）第八頁，共17頁。

4.特性阻抗（Zc）的定義特性阻抗是指當(dāng)電纜無限長時該電纜所具有的阻抗，是阻止電流通過導(dǎo)體的一種電阻名稱，它不是常規(guī)意義上的直流電阻。特性阻抗包括：容抗（C)、感抗(L)、低直流阻抗(R），當(dāng)?shù)皖l時，Zc主要為低直流阻抗(R），但高頻傳輸過程則主要是容抗（C)及感抗（L）。一條電纜的特性阻抗是由電纜的電導(dǎo)率、電容以及阻值組合后的綜合特性。假設(shè)一根均勻電纜無限延伸，其發(fā)射端在某一頻率下的阻抗稱為特性阻抗(CharacteristicImpedance)。它由諸如導(dǎo)體的集合尺寸、導(dǎo)體間的中心距離、傳輸線本身的結(jié)構(gòu)、電纜絕緣材料的介電常數(shù)等因素決定，與數(shù)據(jù)傳輸線的長短無關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸線的瞬間阻抗或者是特征阻抗是影響信號品質(zhì)及完整性的最重要的因素。如果信號傳播過程中，相鄰的信號傳播間隔之間阻抗保持一致，那么信號就可以十分平穩(wěn)地向前傳播，因而情況變得十分簡單。如果相鄰的信號傳播間隔之間存在差異，或者說阻抗發(fā)生了改變，信號中能量的一部分就會往回反射，信號傳輸?shù)倪B續(xù)性也會被破壞，由此會帶來諸如回波損耗偏大、信號傳輸輻射增大、信號傳輸完整性不足等問題。第九頁，共17頁。

5.影響對稱電纜特性阻抗（Zc）的因素影響Zc的因素影響因素與Zc的變化關(guān)系比例關(guān)系影響因素的變化Zc的隨之變化等效介電常數(shù)↑↓反比↓↑導(dǎo)體直徑↑↓反比↓↑導(dǎo)體中心距（絕緣線徑OD)↑↑正比↓↓對絞絞距↑↑正比↓↓第十頁，共17頁。

NBCABLE的特性阻抗（Zc）計算其中：εe:絕緣材料的等效介電常數(shù)

D：外導(dǎo)體內(nèi)徑d：內(nèi)導(dǎo)體絞合外徑Ln:以無理數(shù)e=2.71728為底的對數(shù)的對數(shù)＊由上式可以看出，NB對絞電纜特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D和d以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr有關(guān)，而與饋線長短、工作頻率以及線纜終端所接負載阻抗無關(guān)；此公式為理論計算公式，供設(shè)計參考，實際阻抗值會有偏差。第十一頁，共17頁。

以UL10064FEP對絞線為例，設(shè)計阻抗100±7Ω

典型NBCable用線特性阻抗選擇計算表：第十二頁，共17頁。UL10064FEP雙絞線特性阻抗：100±7ohms線材規(guī)格外被ODOD公差絞距(mm)34#(7/0.06TC)*2C0.31mm±0.01mm3±1mm32#(7/0.08TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm30#(7/0.10TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm34#(19/0.04TC)*2C0.31mm±0.01mm3±1mm32#(19/0.05TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm30#(19/0.06TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm

典型NBCable用線的特性阻抗控制實驗參數(shù)：（參考值）第十三頁，共17頁。6.目前UL10064對絞線生產(chǎn)之瓶頸對絞線生產(chǎn)特性阻抗管控難點隨著信號傳輸要求越來越高，終端客戶對特性阻抗普遍要求做到更小，以100±7Ω規(guī)格為例，若要將阻抗值加嚴(yán)至100±5，從原材料方面改善方向如下：1.單支銅線OD加大：由原0.040mm規(guī)格加大至0.043mm，絞合外徑由0.20mm，增加至0.22mm但因UL對最小絕緣厚度有做明確要求（min：0.051mm），因此生產(chǎn)成品最小絕緣厚度只有0.045mm，無法滿足UL要求。同時，因絕緣厚度太薄單根絕緣生產(chǎn)難度極大（押出速度慢，高壓不過，易破皮等等）。2.減小單根絕緣OD：由原規(guī)格0.31mm減小至0.30mm，同上述第1點類似，生產(chǎn)難度大，絕緣厚度無法滿足UL要求。3.減小絞距：絞線絞距相對單隻銅線OD及單根絕緣OD對特性阻抗影響相對較小，目前普遍設(shè)計規(guī)格為，減小絞距，但阻抗值變化較小，且絞距太小會造成絕緣皮變形及銅線損傷等異常出現(xiàn)。4.放線張力：通過加大放線張力，保持兩根絕緣單線之間接觸更為緊密，減小導(dǎo)體間距，但改善效果比較有限，張力太大，會造成導(dǎo)體拉小及絕緣變形損傷等品