高頻參數基礎篇03-串音參數

2021-02-14 線纜行業朋友分享圈

SSN(同步開關噪音)

開關噪音由差分對間的感性耦合引起,當傳輸線上電流變化時,會在鄰近的傳輸線上耦合出感  應電壓,並激起感應電流,對鄰近傳輸線上的信號產生幹擾.

解決方式:

由於差分信號的特性,可以激勵差分對進入奇模模態,在此模態下, 差分對本身對耦合噪音有很好的抑制作用.另外可以通過對線包鋁箔屏蔽來減弱對其他鄰近差分對的幹擾.

在高頻通信中,我們更關心的是串音幹擾而不是SSN;串音幹擾是相鄰傳輸線對內或對間由於寄生電感,電容耦合產生的噪音;對傳輸線上的信號影響很大;必須加以控制;否則會引起信號波形的嚴重失真,導致接收端誤判斷.

串音產生原理

串音幹擾可以從電容電感耦合角度去理解,也可以從差分信號和共模信號分量角度去理解.

耦合角度描述:

當動態線上有信號通過時,在信號的上升延區域(即電壓電流變化的區域).由於線對間的互感和互容的耦合作用,在靜態線上將感應出電流,由於噪音電流在靜態線上每個方向上感受到的阻抗都相同,所以前向和後向的電流量將相等. 其中一半向後流回到近端,產生近端串音;另一半向前流動到遠程,產生遠程串音.

舉例分析串音產生的機理和改善方式

管道裡的水向前流,過程中由於管道孔徑或管道有凸起物等諸多因素讓水流的速度發生有不穩定的現象,但是當到達終點接收端後,有個穩定的接收後,其輸入的水流將達到一個穩定狀態,但是在過程中仍有由於遇到障礙而往後流的水流向供水端,這段額外的阻止時間為延時TD,近端串音就是水流從不穩定額外的阻止時間並持續2*TD的時間,如下圖解說:

當兩條傳輸線靠近時,互容和互感將增加,從而使NEXT增加)近端串音:

當信號前沿傳輸了一個飽和長度後,近端的電流將達到一個穩定值;而當動態線上的信號到達遠端端接電阻後;就不再有耦合噪音電流,但是靜態線上還有後向電流流向靜態線的近端,這段額外時間等於時延TD.;近端串音就是耦合電流上升到一個恆定值並持續2*TD,然後下降到0,其中上升時間等於信號的上升時間,如下圖解說

遠程串音:耦合到靜態線上前向傳播的噪音,移動速度與動態線上的信號前沿向遠端傳播的速度相同.在靜態線上的每一步,一半噪音電流會迭加在已經存在的沿線噪音上.直到信號前沿到達遠端,才有電流出現.即信號達到遠端時,遠端噪音同時到達.因此遠端噪音電流為一個很短的負向脈衝,持續時間等於信號的上升時間TD.近端和遠端串音的特徵,決定了遠端串音將在高頻率段產生很大威脅,而近端串音則在中頻率段影響較大.

從差分信號分量和共模信號分量角度描述:

近端串音:

差分信號分量和共模信號分量在差分對上所感受到的阻抗不同,這 一阻抗上的差異將導致,靜態線產生近端串音.若阻抗上的這一差異越大則NEXT將越大.

遠程串音:

由於共模信號分量和差分信號分量電力線分佈不同,所感受到的有效介電係數不同,導致它們的傳播速度不同.差分信號分量將先到達遠端,而共模信號分量稍晚點到達遠端.它們的差值將導致遠程串音,若這一速度差異越大將導致遠端串音能量越大,FEXT越大

減小串音的方法;保證線材的均勻性和對稱性,使電容均勻穩定是控制串音的基礎.減小串音最根本最經濟的途徑是增加鄰近線對間的距離,使它們儘量脫離耦合作用範圍.但是實際製程上,這一方式受到線材結構,加工和客戶要求的限制;在實際製程允許的情況下,儘量加大鄰近線間的距離(如:CAT6的十字隔,排線等結構).

設計絞距差

當多對線同時開關時,對同一根靜態線的串音噪音將會疊加,幅度加大,很可能超出噪音容限.因此,設計不同的絞距(CAT5-6都有使用),使不同線產生的噪音錯位,可以削弱串音的疊加. 但此方法在高頻段作用不大,反而會影響線間的延時差.因此,此方式適合中低頻,而不適合高頻段.

增加屏蔽

屏蔽原理:通過將屏蔽導體中產生感應電流(渦流)接地,吸收串音

能量.沒有被吸收的能量將在屏蔽導體和信號線間來回反射最終吸收.

屏蔽效果:

a.鋁箔屏蔽:效果受重疊率的影響,通常需要達到25%以上.鋁箔包的松與緊對屏蔽影響也很大.

松:易彎曲變形,產生空隙,導致電磁洩露,產生幹擾;並使轉移阻抗突變,引起反射和衰減問題;還會使差分信號分量和共模信號分量的傳播速度差異加大,導致遠端串音增加.

緊:容易拉斷鋁箔,影響生產;太緊會壓傷發泡絕緣.引起電容突變.

b.編織屏蔽:外層編織屏蔽效果受到遮蔽率影響,越高越好,但成本也會增.

設計製程關鍵點﹕

1.絕緣芯線﹑對絞芯線的對稱性

2.對絞節距的大小﹑對絞節距的配合

3. 絕緣芯線的偏心﹑橢圓﹑線徑不均勻

4.對絞芯線的對稱性,2根芯線的放線張力不均及節距不均勻﹔

5. 對絞節距的大小﹕節距減小;串音增大﹔節距增大;串音減小。

6. 對絞節距的配合

串音幹擾由於相鄰線間的耦合產生.耦合度越高,串音幹擾越大;頻率 越高,串音幹擾越大;電容穩定性越差,串音越嚴重;此外,低特性阻抗有利於低串音,絕緣材料介電係數越小,串音越低.只有對理論,製程、加工、成本、規範客戶要求整體把握,才能做好線材開發.對於開發工程師而言,需要熟悉製程中的每個細節,不能只局限於理論.

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