En aplicaciones que son extremadamente sensibles al espacio como la cámara de un portátil, los endoscopios médicos y la transmisión de imágenes de drones, el cable coaxial muy fino (Micro Coaxial Cable) es prácticamente la solución más común para la transmisión de señales de alta velocidad. Es flexible, tiene una buena capacidad de resistencia a las interferencias y puede mantener una impedancia estable. Sin embargo, cuando la velocidad de transmisión alcanza el nivel de Gbps, la pérdida de señal se convierte en el problema más preocupante para los ingenieros. Este artículo analizará desde cuatro aspectos: la fuente de la pérdida, los valores típicos, la relación de velocidad y los métodos de control.
Primera parte: Orígenes de las pérdidas en los cables coaxiales muy delgados
La pérdida de un cable coaxial muy fino se debe a varios factores superpuestos:
Perdidas en el conductor: A alta frecuencia ocurre el efecto de la profundidad de penetración, donde la corriente se concentra en la superficie del conductor, disminuyendo la sección transversal efectiva y aumentando la resistencia, las pérdidas de inserción aumentan con la frecuencia.
La pérdida de medio: La constante dieléctrica y el tangente de la pérdida angular de los materiales aislantes determinan la disipación de energía de la señal. La PTFE y el FEP tienen baja pérdida, mientras que el PVC tiene una pérdida mayor.
3. Pérdidas por screening y radiación: la falta de cobertura de screening o una conexión inadecuada puede llevar a la fuga de energía y la interferencia cruzada.
Conector y pérdida de transición: La existencia de discontinuidades de impedancia en los terminales o conectores puede causar reflexiones y pérdidas adicionales, lo que es especialmente sensible para las señales de alta velocidad.
Segundo, las pérdidas típicas de cables de diferentes especificaciones.
El diámetro de la línea, la longitud y el medio afectan directamente el nivel de pérdida:
1. Materiales con un diámetro exterior de aproximadamente 1,0 mm: aproximadamente 1,5–2,5 dB/m de pérdida de inserción a 1 GHz, aproximadamente 5–7 dB/m a 6 GHz. A una longitud de 30 cm, la pérdida de inserción en 5 Gbps NRZ es aproximadamente 1,5–2 dB, que puede ser compensada por el equilibrio del sistema.
2. Materiales de alambre ultrafino con diámetro exterior de 0.3-0.5 mm: en la frecuencia de 10 GHz, las pérdidas pueden alcanzar 16-22 dB/m, incluso con una longitud de 10-15 cm puede consumir una amplitud de señal significativa, es necesario depender de la compensación de equilibrio de extremo a extremo.
La longitud del cable disponible depende de la coincidencia entre la velocidad y el diámetro del alambre, en aplicaciones de alta velocidad, el alambre de 1,0 mm de diámetro exterior es generalmente una elección intermedia; si el diámetro del alambre es demasiado pequeño, se necesitan métodos equilibrados.
Tres, la relación entre velocidad y pérdida
La señal de alta velocidad se puede estimar la pérdida a través de la "frecuencia de conversión de velocidad".
1. El ancho de banda de la señal NRZ ≈ 0.5 × tasa de datos.
Por ejemplo, una señal NRZ de 5 Gbps tiene componentes de frecuencia clave aproximadamente entre 6 y 12 GHz.
Esto significa que si la pérdida del cable en 10 GHz es demasiado grande, causará la convergencia del gráfico de ojos y el aumento de la tasa de errores.
Cuatro, estrategias de control de pérdidas
La línea más corta tiene menor pérdida.
Elegir un diámetro exterior más grande: la pérdida de línea gruesa es más baja.
3. Preferir medios de baja pérdida: como PTFE, FEP.
Diseño de transición suave: impedancia continua en el extremo de la placa, reducción de la reflexión.
5. Utilizar compensación de equilibrio: previo reforzamiento en el transmisor, compensación CTLE/DFE en el receptor, puede mejorar la pérdida de inserción de 2-5 dB.
6. Verificación experimental del bucle cerrado: confirmar el rendimiento real utilizando TDR, VNA y pruebas de diagrama de ojos.
La pérdida de señal de alta velocidad en un paquete coaxial extremadamente delgado se ve principalmente influenciada por la frecuencia, el diámetro del cable, el medio y el diseño del extremo. A través de la elección del material, la coincidencia del diámetro del cable, la conexión a corta distancia y el diseño de equilibrio del extremo, se puede controlar la pérdida en un rango aceptable, asegurando la transmisión estable de señales de Gbps y satisfaciendo las necesidades de aplicaciones como cámaras de portátiles, endoscopios médicos y transmisión de imágenes de drones.
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