常見高頻參數不良解析

隨著高帶寬大數據傳輸時代的來臨，各種相關傳輸訊號的量測越來越受到關注，各種一次參數二次參數的量測常常被工程人員提到，什麼SDD21,SDD11,SDD22等等，今天我們一起帶您看看USB3.1高頻數據線的常見高頻參數不良解析.

序號常用訊號傳輸名稱簡稱全稱對照表1迴路損失RLReturn Loss2衰    減IL(ATT)Insertion  loss(Attenuation)3特性阻抗 Z0Differential  impedance4傳輸延遲DelayPropagation Delay5延遲偏離SkewDelay Skew6近端串擾NextNext Nearend  crosstalk 7遠端串擾FextFar end  crosstalk 8近端串擾衰減比AcrAttenuation-to-Crosstalk  Ratio9上升時間  Rise timeRise time  10單端轉共模測試SCD21 NA SCD21 Diff To Comm  Convert11近端的連接器阻抗TDR Connector IMPZTDR Connector IMPZ12遠端的連接器阻抗TDR FE Connector IMPZTDR FE Connector IMPZ13對內延遲差異TDR IntraPairSkewTDR IntraPairSkew14遠端串音TDT NEXT BTDT NEXT B

目前常規線纜的電氣性能測試項目

序號測試項目測試項目對應中文名稱1USB3.0  Cable Impedance summary resultUSB3.0線對特性阻抗2

USB3.0  Mated Connectors Impedance(B-4-4

)summary result

USB3.0線對的連接頭Connecter阻抗3

USB3.0  Mated Connectors Impedance(B-4-4

)summary result（Reverse)

USB3.0線對的連接頭Connecter阻抗（Reverse)4USB2.0  Cable Impedance summary resultUSB2.0線對特性阻抗5USB2.0  High Speed Delay summary resultUSB2.0線對延遲6USB2.0  High Speed Delay Skew summary resultUSB2.0線對延遲差異7USB3.0  NEXT-SS Pairs summary resultUSB3.0線對之間的近端串音8USB3.0  NEXT-USB2.0 and SS Pairs summary resultUSB3.0與USB2.0線對之間的近端串音9USB3.0  FEXT-USB2.0 and SS Pairs summary resultUSB3.0與USB2.0線對之間的遠端串音10USB3.0  NA Insertion Loss summary result3.0線對插入損耗11USB3.0  NA Differential to Common Conversion差分轉共模12USB2.0  NA Insertion Loss summary resultUSB2.0線對插入損耗

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，也稱為輸入反射係數(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埠網絡，一端接輸入信號，另一端接輸出信號，如果以Port1作為信號的輸入埠， Port2作為信號的輸出埠，那麼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，只是換了埠，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係數.

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，要求儘量減小串擾，在符合設計規範的板子上，S31和S41對於信號質量影響不大，而對於差分信號，則又有差分信號的S參數來描述，把1,3兩個埠，看做是差分port1，把2,4兩個埠，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）之間的關係.

SCC，表示共模模式的輸入和反饋之間的關係.

SCD，表示差分訊號和共模輸出的反饋之間的關係.

SDC，表示共模訊號和差分輸出之間的響應關係.

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

SDC21的意思是，差分激勵在差分埠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個埠，所以測試得到的S參數也只能是4埠的，也就是最多一次只能測試一對差分對（不過現在有多埠網絡分析儀PXI可以解決多埠網絡的測試），對於高速電路仿真而言，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埠，怎麼測量差分對(4個物理埠)的S參數呢？ 

實際上可以通過測量這四個埠兩兩之間的S參數，然後計算得出，如：

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為埠1至埠2的差模-共模轉換 

SDD21 為埠1至埠2的差模傳輸

差模共模轉換，也就是說，在傳輸差模信號時，信號受到幹擾，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；RL是回波損耗的簡稱，是數字電纜產品的一項重要指標，電纜鏈路由於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，但也可能發生於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回波損耗的製程因素﹕ 

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

Insertion Losss；高頻電子訊號在傳動時由於基本材料電阻，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於導體材質可稱直流衰減,電容電感的衰減取決於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於中、低頻， 

介電損耗主要來自於高頻。 

高頻電流流過導體時，電流會趨向於導體表面分布，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，可以想像，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的製程因素﹕

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:芯線押出時儘量圓整,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 

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