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1、訊號傳輸基本工作原理,大綱,Coaxial cable 線材結構 特性阻抗(coaxial cable & PCB) 各種線材運用 線材傳輸特性 訊號於NB中的傳輸 螢幕與信號傳輸 訊號傳輸,大綱,TDR工作原理 TDR 時域反射器 工作原理 距离測定 測試不良判定 EMI電磁干擾 何謂 EMC & EMI 电缆的屏蔽效能 影响屏蔽效能的因素 EMI產生 EMI類型 EMI解決方案,Coaxial cable 特性介紹,線材結構 - Single coaxial,Jacket,Shielding,Insulation,Conductor,Zo =60/ e1/2*ln(D/d),D :編織層等
2、效直徑 d : 芯線導体直徑,D,d,特性阻抗( Z0) 与同轴线结构的关系:,同轴线理想的特性阻抗是由d, D和r所决定. - 若仅减少d, 同轴线特性阻抗增加. - 若仅减少D, 同轴线特性阻抗减少. - 若仅减少r, 同轴线特性阻抗增加.,線材結構 Twin coaxial,Jacket,Shielding,Insulation,Conductor,Zo = 120/ e1/2*ln(D/d),D:芯線絕緣皮距离 d:芯線導体中心距离,D,d,特性阻抗( Z0) 与同轴线结构的关系:,同轴线理想的特性阻抗是由d, D和r所决定. - 若仅减少d, 同轴线特性阻抗增加. - 若仅减少D,
3、同轴线特性阻抗减少. - 若仅减少r, 同轴线特性阻抗增加.,電子線與Teflon線對絞之特性阻抗之計算方式如上,特性阻抗 coaxial cable,同轴线中高频信号传输的现象截然不同于低频或是直流. 有不可忽略的功率散逸 (Power Dissipation) 于连接信号源和负载的传输线路上 功率的散逸是被视作个反射回信号源的功率. 同轴传输线受导体的结构影响, 而有一高频信号的阻值,既是特性阻抗(Characteristic Impedance). 主要定義在兩導体絕緣后之間的阻抗 同轴线传输信号, 受特性阻抗大小影响着两个重要的因素: - 高功率信号的处理能力(High-power h
4、andling) - 信号低传输损失(Low Loss)的能力,特性阻抗 coaxial cable,同轴线传输信号中,最大功率的处理能力发生在约30的特性阻抗. 处理最小信号，衰减能力是发生在特性阻抗是77的时候. 50是兼顾两者的最佳选择, 高频微波系统选择50的特性阻抗. 75的特性阻抗被用于有线电视系统, 这是因为它需要传送长距离的模拟视讯信号 90+/-13.5 為USB訊號線傳輸使用,特性阻抗 - PCB,PCB之“特性阻抗”與訊號線之線寬（w）、線厚（t）、介質厚度（h）與介質常數（Dk）有關。 計算公式如下：,阻抗匹配不良的後果,與低頻AC交流電（60Hz）其電線（並非傳輸線）
5、中，所出現的阻抗值（Z）並不完全相同。 數位系統當整條傳輸線的Z0都能管理妥善，而控制在某一範圍內（10或 5）者，此品質良好的傳輸線，將可使得雜訊減少而誤動作也可避免。,涉及Z0的變異單數有任一項發生異常，其訊號的能量必然會發生部分前進，而部分卻反彈反射的缺失,務必產生雜訊及訊號損失。,阻抗匹配不良的後果,下圖中的軟管突然被山崎的兒子踩住，造成軟管兩端都出現異常，正好可說明 上述特性阻抗匹配不良的問題。,阻抗匹配不良造成雜訊,訊號能量的反彈，將造成原來良好品質的方波訊號，立即出現異常的變形（即發生高準位向上的Overshoot，與低準位向下的Undershoot，以及二者後續的Ringing
6、）,當時脈速度愈快時雜訊愈多也愈容易出錯。,線材傳輸特性 - VSWR电压驻波比,VSWR(Voltage Standing Wave Ratio 电压驻波比，又简称驻波比)是反射系数， 是信号反射电压与入射电压的比值,VSWR 的理想值（最小值）是1，在该状态，说明整个传输线信号传输时，没有任何反射。 影响它的因素一般是由于传输线的阻抗不连续性引起的 .连接器的设计 .同轴线的影响 .组装连接器和同轴线时工艺的影响,線材傳輸特性 - RL 回波损耗,RL (Return loss回波损耗) RL与VSWR考核的是同一指标，是信号反射的测量，其单位是,它与VSWR存在 如下的关系公式,線材傳輸
7、特性 Attenuation衰减,Insertion loss 插入损耗，又叫Attenuation 衰减 它指的是信号经过传输线时，信号的损失。信号是随着传输距离的增加而减小 单位是.一般包括三部分 .同轴线的信号损失（包括，材料吸收的部分，反射的部分，泄漏的部分） .连接器的信号损失 .组装cable与连接器时的反射损失,線材傳輸特性 - VP 传输速率,VP (Velocity Propagation 传输速率) 它指的是信号经过传输线时，传输速度与光速的比值。它依赖于同轴线材的绝缘材质。,線材傳輸特性 Time Delay时间延迟,Time Delay 延迟 它指的是信号经过一传输线时
8、，所用的时间。 它依赖与 - 传输线本身的长度 - 传输线的VP,線材傳輸特性 Insertion Phase 插入角,Insertion Phase（插入角） 它连系传输线的长度与波长的关系，用角度标示。 波长C(光速)/频率（HZ） 举例： 如果一cable assembly 要求Insertion Phase 在30MHZ是360度，刚好一个周期。 那么Cable的长度要求刚好一个波长10。 在一周期内，0度与360度的点是重合的。即某一频率点，Insertion Phase要求0度与 360度是相等的。,各種線材應用,Coaxial cable AWG36 (非50歐姆) 作為電源線,
9、因為其蕊線較粗,能承受較大的電流(O.7A),且因電源因不考慮匹配阻抗,而且50歐姆線徑太粗,會造成製程困難度增加,因此不用50歐姆的36號線(非50歐姆的外徑為0.39mm而50歐姆的外徑為0.51mm). Coaxial cable AWG40(50歐姆) 作為信號線,因考慮到匹配阻抗,所以要用50歐姆的線,其耐電流為(0.4A.) 電子線 低頻率線使用,或對絞代替同軸線作高頻信號傳輸,各種線材應用,鐵氟龍線 多用在INV端用作電源,其外徑較電子線小,其價格稍便宜, Coaxial cable AWG32(非50歐姆) 由於大螢幕需能耐較大的電流(1.2A),訊號於NB中的傳輸,螢幕與信號
10、傳輸 - PC,常用在桌上型PC上,其原理是利用陰極射線管打出電子束,這些電子束打在螢幕上的螢光屏就會顯現出光與顏色,螢幕與信號傳輸 NB,LCD (Liquid Crystal Display液晶螢幕) 在螢幕上有許多極小的發光體,但僅能顯出細微的光及顏色,因此需加一片背光板來提供亮度,被光板,LCD Screen,訊號傳輸 - 解析度,VGA 640*480 SVGA 800*600 XGA 1024*768 SXGA 1280*1024 UXGA 1600*1200,解析度類別:,訊號傳輸 - 常用LCD形式(TFT),TFT(Thin Film Transistor薄膜晶體管) 目前常
11、使用的材料,改善了視角問題, 其主要控制信號為下列所示 CLK 時脈控制 ENAB 聚焦 HSYNC 水平控制 VSYNC 垂直控制 R0,R1R5 顏色控制 (紅) G0,G1G5 顏色控制 (綠) B0,B1B5 顏色控制 (藍) VDD 電源 GND 接地,訊號傳輸 - 常用LCD形式(LVDS),LVDS(Low Voltage Differ Signal低電壓信號 ) 同樣是採用TFT螢幕,不過為了省電及減少發熱量,因此採用編碼與解碼的方式來精簡訊號線,其編 碼器有焊在主機板上或線材PC板上兩種形式, 其主要控制信號為下列所示: VCC,VCC 電源 GND,GND 接地 0-,0+
12、 R編碼, 水平控制,垂直控制編碼 GND 接地 1-,1+ G編碼, 水平控制,垂直控制編碼 GND 接地 2-,2+ B編碼, 水平控制,垂直控制編碼 GND 接地 CLK-,CLK+ 時脈控制編碼 GND 接地 X,X 空PIN GND,GND 接地,訊號傳輸 - XGA與SXGA信號,GND Vcc,Vcc Xxxx A0-,A0+ GND A1-,A1+ GNG A2-,A2+ GND ACLK-,ACLK+,GND B0-,B0+ GND B1-,B1+ GND B2-,B2+ GND BCLK-,BCLK+,SXGA,XGA,Vcc,Vcc GND GND 0-,0+ GND 1
13、-,1+ GND 2-,2+ GND CLK-,CLK+,GND XX GND GND,4對訊號線,8對訊號線,訊號傳輸 - LVDS原理,CLK 時脈控制 ENAB 聚焦 HSYNC 水平控制 VSYNC 垂直控制 R0,R1R5 顏色控制 (紅) G0,G1G5 顏色控制 (綠) B0,B1B5 顏色控制 (藍),0-,0+ R編碼, 水平控制,垂直控制編碼 1-,1+ G編碼, 水平控制,垂直控制編碼 2-,2+ B編碼, 水平控制,垂直控制編碼 CLK-,CLK+ 時脈控制編碼,CLK 時脈控制 ENAB 聚焦 HSYNC 水平控制 VSYNC 垂直控制 R0,R1R5 顏色控制 (紅
14、) G0,G1G5 顏色控制 (綠) B0,B1B5 顏色控制 (藍),VGA卡,編碼晶片,解碼晶片,LCD,TDR工作原理,TDR - 時域反射器,TDR 時域反射器 - Time Domain Refleatometry 將入射波(Incidant Wave)發出後,使所產生反射波(Reflection Wave)的大小,與 時間之關系,對不同長度的未知導體,測量其阻抗(Impedance)變化的一種儀器.,TDR 工作原理,利用其本身的發射機,發射出一種脈波訊號 至空氣中,然後再以其自身內部的 接收機,去接收所打到目標物上, 又折回來的反射脈波. 從輸出訊號到接收回來的反射脈波,二者間出
15、現的”時間差”,可用以決定發射機 與目標物之間的距離.且還可從反射量的大小,來決定目標物的體積 TDR其內部亦具有一種階梯波(Step Signal)的產生器,及接收此階梯波並有顯 示和分析功能的示波器,Vp,L,t1,t2,TDR 原理 距离測定,以TDR示波器顯示幕的橫座標為時間軸,而由於距離是等於時間乘以速度,故若能測出階梯波在導體內傳輸的速度,即可算出階梯波所走過的距離. TDR顯示幕的橫座標測到的t1 , t2,及階梯波在傳輸線內的傳輸速度(Vp),三者計算求得傳輸線的長度. 其公式如下:,L:傳輸線的長度,TDR 原理 距离測定,至於Vp值可以由兩種方式來獲得,第一種是將傳輸訊號線間,其絕緣材質的介質常數Er代入公式: 即可算出傳輸線的傳輸速度Vp的值(式中C為光速),Er,Vp=,C,TDR不良判定,標准要求: 100+/-10,標准TDR測試圖,Open處訊號發散,- 治具設計之不匹配將影響TDR測試結果 - 因考量線材之前/后端工藝加工及連接器焊接,故測試僅取中間之70%-80%范圍 - 隨線材長度增加,波形將往上升高,TD
