高频电线参数关系解读

目前线缆的主要电气性能测试项目

序号 常用讯号传输名称 简称 全称对照表 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 传输延迟 Delay Propagation Delay 5 延迟偏离 Skew Delay Skew 6 近端串扰 Next Next Nearend crosstalk 7 远端串扰 Fext Far end crosstalk 8 近端串扰衰减比 Acr Attenuation-to-Crosstalk Ratio 9 上升时间 Rise time Rise time 10 单端转共模测试 SCD21 NA SCD21 Diff To Comm Convert 11 近端的连接器阻抗 TDR Connector IMPZ TDR Connector IMPZ 12 远端的连接器阻抗 TDR FE Connector IMPZ TDR FE Connector IMPZ 13 对内延迟差异 TDR IntraPairSkew TDR IntraPairSkew 14 远端串音 TDT NEXT B TDT NEXT B

S11 表示在port 1 的反射损耗(return loss)，值越接近0 越好(越低越好，一般-25~-40dB)，表示传输路径中反射(reflection)越小，也称为输入反射系数(Input Reflection Coefficient)，如S11为-25dB，则算出来的Vreflection约为输入信号的6.3%，如S11为-10dB，则Vreflection约为输入信号的30%.

S21 表示信号从port 1 传递到port 2 过程中的插入损耗(insertion loss)，值越接近1 越好(0dB)，表示传递过程损失(loss)越小，S21=-3dB意味着，约70%的输入信号传递到了输出端.

我们经常用到的单根传输线，或一个过孔，就可以等效成一个二端口网络，一端接输入信号，另一端接输出信号，如果以Port1作为信号的输入端口， Port2作为信号的输出端口，那么S11表示的就是回波损耗，即有多少能量被反射回源端（Port1），这个值越小越好，一般建议S11< 0.1，即－20dB；S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）了，这个值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，即－3dB。

S11和S21是最常使用的两个参数，除此之外，还有S22和S12，定义如下：

S22是从port2看过去的return loss，跟S11意思一样，只是换了端口，S12表示从Port2看过去的insertion loss，跟S21相等.

写到这，似乎已经差不多了，然而还有我们不常提及的S31，S41.

S31和S41表示的是，两条传输线发生串扰时的反射系数.

S31表示近端串扰（NEXT，near end cross talk），S41表示远端串扰（FEXT, far end cross talk）。

串音的产生原理

S31和S41之所以不常被提及，主要是因为通常单端信号之间，要求尽量减小串扰，在符合设计规范的板子上，S31和S41对于信号质量影响不大，而对于差分信号，则又有差分信号的S参数来描述，把1,3两个端口，看做是差分port1，把2,4两个端口，看做是差分port2.

串音的产生原理

SDD，表示差分模式的输入（Stimulus）和反馈（Response）之间的关系.

SCC，表示共模模式的输入和反馈之间的关系.

SCD，表示差分讯号和共模输出的反馈之间的关系.

SDC，表示共模讯号和差分输出之间的响应关系.

如上图所示，SDD11的意思是，差分激励在差分端口port1处的差分信号reflection loss。

SDC21的意思是，差分激励在差分端口port1处看到的共模信号的inserssion loss.

传统的网络分析仪最多只能有4个端口，所以测试得到的S参数也只能是4端口的，也就是最多一次只能测试一对差分对（不过现在有多端口网络分析仪PXI可以解决多端口网络的测试），对于高速电路仿真而言，如果需要考虑传输线之间的串扰，传统网络分析仪测试得到的S参数就不能直接使用，但是可以通过工具进一步的合成处理，这样就能考虑到串扰的影响啦，但是在实际测量中，如果手头的ENA网络分析仪只有两个物理端口，怎么测量差分对(4个物理端口)的S参数呢？

实际上可以通过测量这四个端口两两之间的S参数，然后计算得出，如：

目前线缆的主要电气性能不良项目

以下项目是目前量测经常遇到的不良项次

实际量测数据报告之 SCD21（共模输出）-SDD21（差模输出）

SCD21 NA SCD21 Diff To Comm Convert，单端转共模测试(差模转共模损耗）

SCD21为端口1至端口2的差模-共模转换

SDD21 为端口1至端口2的差模传输

差模共模转换，也就是说，在传输差模信号时，信号受到干扰，在接收端信号被误判为共模信号；差模信号转化为共模信号，就是指差模共模转换了（理论上是越少越好）主要是描述测试对线间两根讯号线的对称性（或者叫平衡性，电磁耦合好坏的差异），和线对的衰减（ Insertion Loss ），延迟差（ Intrapair Skew)有关.

虽然从量测最终结果的表现为PASS,但是实际对间差异过大，扫频测试会对其他对数的其他参数产生影响，是一环套一环的存在，当我们对着大山呼喊的时候，我们理解的回音就是一个存在的差模转共模的损耗案例.

典型不良表现

Return Loss SDD22

Return Loss SDD22；RL是回波损耗的简称，是数字电缆产品的一项重要指标，电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射。不匹配主要发生在连接器的地方，但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方，所以施工的质量是减少回波损耗的关键。回波损耗将引入信号的波动，返回的信号将被双工的千兆网误认为是收到的信号而产生混乱.

典型不良表现

影响SDD22回波损耗的制程因素﹕

导体均匀性﹑绝缘均匀性﹑发泡度均匀性﹑结构尺寸均匀性。

1) 导体直径不均匀﹑导体有弯﹑导体不圆﹔

2) 绝缘芯线偏心﹑椭圆﹑线径不均匀﹔

3) 发泡度不均匀﹔

4) 编织与外被的松紧也可引起回波的产生﹔工艺改善: 芯线制做均匀,导体圆整度,绝缘偏心度,收放线张力稳定.

Insertion Losss

Insertion Losss；高频电子讯号在传动时由于基本材料电阻，产生讯号强度(电压)降低以外，尚有因高频引发的Impedance，导致电子讯号强度再被降低,基本电阻的衰减取决于导体材质可称直流衰减,电容电感的衰减取决于频率高低可称交流衰减，且频率越高此衰减越严重.

典型不良表现

趋肤效应和介电损耗是造成电缆高频损耗的主要原因

趋肤效应损耗(单位为dB)与电缆长度及频率的平方根成正比；

介电损耗(单位为dB)与电缆长度及频率成正比。

趋肤效应损耗主要来自于中、低频，

介电损耗主要来自于高频。

高频电流流过导体时，电流会趋向于导体表面分布，越接近导体表面电流密度越大。这种现象就是趋肤效应。频率越高，电流就越集中在导体表面，可以想象，当频率足够高时，电流几乎只分布在导体表面上薄薄的一层，导体内部几乎没有电流

影响Insertion Losss的制程因素﹕

电线主要分为两种，一种为同轴系列，一种为对绞系列

对屏蔽厚度﹕ 铝箔厚度增加—衰减减小﹔ 铝箔厚,绕包时不容易绕紧﹐可导致高频衰减跳动。

成缆节距: 成缆节距增大—衰减减小﹔

总屏蔽: 屏蔽厚度及密度增加—衰减减小﹔

对内延时差大—衰减偏大。

设计改善:衰减偏大,加大导体线径,加大绝缘线径,加大发泡度,更改绝缘材料.(降低介质损耗角正切)

工艺改善:芯线押出时尽量圆整,发泡度均匀,水中电容调小

材料衰减：有电压的情况下,分子会产生摆动,摆动会产生热 量,即而把部分能量转化为热能.

导体衰减：导体会发热,消耗的为热能

反射衰减：遇到材料不均匀点

生产制造对参数的影响

导体工序

芯线工序

对绞包带/包带工序

总绞工序

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