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Guía de diseño de fibra coaxial ultrafina de alta velocidad: acoplamiento de impedancia y integridad de la señal

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En el diseño de transmisión de señales a alta velocidad, los cables coaxiales extremadamente delgados (Micro Coaxial Cable) se utilizan ampliamente debido a su excelente capacidad de blindaje y consistencia de impedancia en módulos de cámaras, módulos de visualización, comunicación 5G y sistemas de interconexión a alta velocidad. Sin embargo, la incompatibilidad de impedancia es un riesgo latente que a menudo se ignora en esta aplicación. No solo afecta la integridad de la señal, sino que también puede desencadenar anomalías en la comunicación del sistema o incluso fallos.
Este artículo se analizará desde tres aspectos: las consecuencias de la falta de coincidencia de la impedancia, las causas y las estrategias de solución, para ayudar a los ingenieros a mejorar la confiabilidad del diseño de cables de alta velocidad.

Primera parte: las principales consecuencias de la desalineación de impedancia

La discontinuidad de la impedancia tiene varios efectos en las señales de alta velocidad. Primero, las reflexiones de la señal y el cierre del eye diagram causan distorsión de onda, especialmente en interfaces de alta velocidad como MIPI D-PHY, LVDS, USB 3.x y DisplayPort. En segundo lugar, la falta de coincidencia de impedancia agrava los problemas de EMI/EMC, la interferencia común y la interferencia cruzada en los cables de múltiples conductores se amplifican, afectando la compatibilidad electromagnética del sistema. Finalmente, también puede causar retraso en la transmisión y atenuación de amplitud, el tiempo de llegada de la señal no es consistente (skew), lo que puede llevar a parpadeos de la imagen o tramas de imagen erróneas, lo cual es particularmente evidente en aplicaciones de video o visualización de alta velocidad.

Segundo, las razones comunes de la no coincidencia de la impedancia:

La desalineación de impedancia generalmente proviene de las etapas de diseño y ensamblaje. Primero, un diseño inadecuado de la estructura coaxial, como el diámetro del conductor, el grosor del medio o la densidad de blindaje, cambiará directamente la impedancia característica. En segundo lugar, los errores de ensamblaje de fabricación, como el apriete, la soldadura o la exfoliación excesiva, también destruirán la consistencia geométrica. En tercer lugar, la elección inadecuada de los conectores, algunos conectores micro (como las series Hirose, I-PEX) tienen requisitos altos de tolerancia de impedancia. Finalmente, los defectos en el diseño de la red de ajuste de PCB, como la resistencia terminal inexacta o la transición deficiente en las líneas, también pueden causar una discontinuidad de impedancia general.

Tres, estrategias efectivas de ajuste de impedancia

La solución de la no coincidencia de la impedancia requiere una optimización completa desde el diseño hasta la prueba. Primero, mantener la consistencia de la estructura del cableado, controlar estrictamente el tamaño de los conductores, los materiales dieléctricos y la pantalla, y verificar la continuidad de la impedancia en la etapa de muestra a través de la prueba TDR. En segundo lugar, seleccionar conectores de alta precisión que se adapten, optimizar la longitud de terminación y la profundidad de sujeción, y adoptar una estructura de soldadura en gradas cuando sea necesario. Además, en el extremo del PCB, controlar el ancho de la trayectoria, el grosor del material dieléctrico y la distancia de diferencial para lograr la impedancia coincidente con el cableado, y agregar resistencias de ajuste en el extremo. Finalmente, mediante la pantalla en múltiples capas, el aterrizaje de 360° y la validación de prueba en bucle cerrado, reducir la interferencia comunal, y asegurar la integridad del señal.

La impedancia de match es un indicador clave para la transmisión de alta velocidad de cables coaxiales muy delgados. A través del control estructural, la optimización de conectores y terminaciones, el diseño de PCB de match y la verificación de todo el proceso, los ingenieros pueden evitar eficazmente la distorsión de la señal y los problemas de EMI, garantizando la fiabilidad y estabilidad del sistema de interconexión de alta velocidad desde la fuente, proporcionando suficiente margen de seguridad para la producción en serie del producto.

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