Em aplicações altamente sensíveis ao espaço como câmeras de laptop, endoscópios médicos e transmissão de drones, o cabo coaxial ultrafino (Micro Coaxial Cable) é quase a solução de transmissão de sinais de alta velocidade mais comum. Ele é flexível, tem boa resistência à interferência e pode manter a impedância estável. No entanto, quando a taxa de transmissão atingir o nível de Gbps, a perda de sinal torna-se o problema mais preocupante dos engenheiros. Este artigo analisará as quatro aspectos: fontes de perda, valores típicos, relações de velocidade e métodos de controle.
Um, origem de perdas em feixes coaxiais ultrafinos
A perda de um feixe coaxial extremamente fino é composta por vários fatores superpostos:
Perdas no condutor: Efeito de肤 em frequências altas, onde o corrente se concentra na superfície do condutor, a área efetiva de seção transversal diminui, a resistência aumenta, as perdas de inserção aumentam com a frequência.
Perdas de meio: a constante dielétrica e o tangente de perda angular do material isolante determinam a dissipação de energia do sinal. O PTFE e o FEP têm baixas perdas, enquanto o PVC tem perdas maiores.
3. Perda de radiação e bloqueio: Cobertura de bloqueio insuficiente ou conexões inadequadas podem levar a vazamento de energia e interferência.
Conectores e perdas de transição: a existência de discontínuidades de impedância em terminais ou conectores pode causar reflexões e perdas adicionais, sendo especialmente sensível a sinais de alta velocidade.
Segunda, perdas típicas de cabos de diferentes especificações
O diâmetro da linha, o comprimento e o meio diretamente afetam o nível de perdas:
1. Fios com diâmetro externo de cerca de 1,0 mm: perda de inserção de cerca de 1,5–2,5 dB/m a 1 GHz, e de cerca de 5–7 dB/m a 6 GHz. Com 30 cm de comprimento, a perda de inserção sob NRZ a 5 Gbps é de cerca de 1,5–2 dB, compensável pelo equalizador do sistema.
Diâmetro externo de 0,3 a 0,5 mm de fio ultrafino: na frequência de 10 GHz, a perda pode alcançar 16 a 22 dB/m, mesmo com uma comprimento de 10 a 15 cm, pode consumir significativamente a amplitude do sinal, exigindo compensação de equilíbrio de extremidades.
A visibilidade da comprimento útil do sinal depende do ajuste entre a velocidade e o diâmetro da linha, na aplicação de alta velocidade, o material de linha com diâmetro externo de 1,0 mm é geralmente uma escolha equilibrada, e uma linha com diâmetro pequeno demais requer métodos equilibrados.
Terceiro, relação entre taxa e perda
A velocidade do sinal pode ser estimada pela perda de frequência por "cálculo da taxa de conversão de frequência":
1. Largura de banda de sinal NRZ ≈ 0,5 × taxa de dados.
2. Por exemplo, um sinal NRZ de 5 Gbps tem componentes de frequência chave em torno de 6-12 GHz.
Isso significa que, se a perda de linha for muito alta em 10 GHz, isso levará à convergência da imagem do olho e ao aumento da taxa de erro.
Quatro, estratégias de controle de perdas
A linha mais curta, menor perda.
Escolha um diâmetro externo maior: as perdas em linha grossa são mais baixas.
3. Escolha meios de baixa perda: como PTFE, FEP.
Design de transição suave: impedância contínua no lado da placa, redução de reflexão.
Utilizar a equilibragem: pré-aumento no transmissor, compensação CTLE/DFE no receptor, pode melhorar a perda de inserção de 2 a 5 dB.
6. Verificação de fechamento de loop em prática: uso de TDR, VNA e teste de gráfico de olho para confirmar o desempenho real.
A perda de sinal de alta velocidade em fios coaxiais extremamente finos é principalmente influenciada pela frequência, diâmetro do fio, meio de transmissão e design do terminal. Através da seleção de materiais, ajuste do diâmetro do fio, configuração de cabos curtos e design equilibrado do terminal, a perda pode ser mantida dentro de um limite aceitável, garantindo a transmissão estável de sinais de Gbps, satisfazendo as necessidades de aplicações como câmeras de notebook, endoscópios médicos e transmissão de imagens de drones.
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