圖1：Coaxial Cable

正規(guī)的同軸電纜組成結(jié)構(gòu)分為4層，由中心而外分別是內(nèi)導體、絕緣層、屏蔽層、外被，作為多同軸線的外被大多是以銅箔麥拉為主，加上編織層即為雙屏蔽，可以為每條同軸線帶來更好的抗干擾特性。另外，由于同軸電纜對地（編織層）距離的控制較好，因此在高頻傳輸?shù)谋憩F(xiàn)，無論是導通特性（損耗、差共模轉(zhuǎn)換）或是串擾方面都有較好的表現(xiàn)。

圖2：Coaxial Cable結(jié)構(gòu)

以雙絞線來說，每條銅線本身存在微量電感，此外，當兩條銅線靠近時，彼此間產(chǎn)生電荷效應（電容），而特性阻抗的穩(wěn)定度（連續(xù)性）則是取決于電感、電容的分布(L0、C0)是否均勻且穩(wěn)定，因此，參考如下關系式，在決定特性阻抗的時候，可以看到雙絞線除了線芯直徑(d)以及固定絕緣層的介電常數(shù)(ε)以外，如何控制兩線之間的距離(D)是最重要的。

雙絞線特性阻抗關系式：

而同軸線因為設計結(jié)構(gòu)的關系，控制內(nèi)外導體(D &d)的一致性相對來說，特性阻抗的掌控上則會比雙絞線來的穩(wěn)定，而連續(xù)且平穩(wěn)的特性阻抗在S參數(shù)上就會有良好的的表現(xiàn)。

同軸線特性阻抗關系式：

組件設計時的特性阻抗控制

在設計時，Type-C Cable Assembly特性阻抗已有Connector Differential 85ohm與Raw Cable Differential 90ohm的差異，因此對于各組件的阻抗控制需要更加注意，一旦選擇的料件匹配度不足或是產(chǎn)生過多的不連續(xù)面，都可能造成ILfit、IRL的Fail，更甚影響Integrated Crosstalk的表現(xiàn)。

1. 裸線控制

在抽線的過程中絕緣層與編織層的包覆，已決定了裸線的特性阻抗以及通道特性的好壞，值得注意的是，百佳泰測試實驗室在一些偶發(fā)的不良案例中發(fā)現(xiàn)客戶在線材特性阻抗的基準值已偏離USB所規(guī)范的90 Ohm許多，這會造成訊號在不匹配的信道中傳輸，進而造成多種高頻項目的Fail。

2. Paddle Card控制

在認證的過程中，我們有時會遇到客戶帶著Paddle Card 設計廠商參與Debug。制造商與Layout方都認為自己都照設計圖上的要求制作，為何加工后，成品線就是會發(fā)生Fail呢?

問題的原因在于，Layout端在接到案件之后，照著規(guī)范設定的阻抗進行了Trace

以及Pad的設計，線材制造商在設計完成后取得Paddle Card并將裸線實際焊接、上膠，才發(fā)現(xiàn)原本設定好的特性阻抗因為加工后的電容效應往下掉，反而造成阻抗不連續(xù)面的增加（如下圖所示），這代表制造商與Layout商在發(fā)包時并沒有討論后續(xù)的加工以及對應的影響。正確的作法是，先將特性阻抗在加工后會產(chǎn)生的差異估算進去，進行Layout時先提高特性阻抗的設計，使加工后的波形落入好球帶。

圖3：Paddle Card焊接前后差異

線材加工過程常見問題

如果屏除裸線于抽線過程中所造成的不良影響，在分析認證案件的不合格樣品時，百佳泰發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的Fail都會發(fā)生在加工的過程，常見的不良原因大致分為3種：

1. 焊接不良
2. 線材受損
3. 剝線長度的管控

1. 焊接不良

常見的焊接不良包括空（?。┖浮⒕€芯松散、線芯斷裂、焊接對位誤差過大、錫絲錫球，或是錫油的殘留等等，這些情況都可能造成特性的不良。舉例來說，當線芯松散時，表面積形狀以及吃錫情況都不易控制，特性阻抗的穩(wěn)定性也就不足，而焊接位移可能造成訊號間的Patch過小，進而影響串擾。另外，錫絲與錫球的產(chǎn)生除了提升串擾發(fā)生的可能性，更會造成Stub所產(chǎn)生的寄生電容效應，這些都是在焊接時應避免的。

圖4：焊接不良案例

2. 線材受損

線材的受損分為線芯受損或外被受損，大量生產(chǎn)時，在焊接的環(huán)節(jié)一般會選擇熱壓焊機（Hot Bar Soldering Machine），有些使用高頻焊接，在焊接時必須注意剝線的力道，Hot Bar的位移行程、溫度的調(diào)整，焊接時也須注意加熱時間以及夾持時可能造成的外被變形或破孔。

3. 剝線長度的管控

在產(chǎn)線量產(chǎn)之前， 應訂定好裸線每層應剝除的長度，一款裸線的特性阻抗都是由每一個物理層的材質(zhì)、厚度共同決定的，在去除每一層的時候都應該顧及到特性與后期量產(chǎn)時的加工難易度，一旦剝線長度定義完成，無論是裸線的前處理或是與連接器組裝為成品線的環(huán)節(jié)都應共同遵守。倘若剝線定義每個層面剝線距離為1.5mm，在理線或焊接時都應盡可能符合，切勿因加工而改變外被、屏蔽長度，因為這些變化即便差異0.5mm都可能直接影響到最終高頻結(jié)果。

圖5：剝線長度造成阻抗不連續(xù)面差異

組件的選擇

1. Connector

由于Type-C除了Full-Featured板端連接器可以進行USB4 Gen3認證之外，在所有USB 3.2 Connector與Plug的認證中都是不包括高頻測試的，因此選擇合適的連接器進行產(chǎn)品的制作就會是制造商在開發(fā)期很重要的一個環(huán)節(jié)。

2. Raw Cable

在產(chǎn)品開發(fā)時期，制造商會面臨的第一個問題是，該如何選擇合適的料件進行組裝呢？成品線的組成大致分為連接器、Paddle card、Raw Cable，以USB Type C為例，協(xié)會在規(guī)范中已具體羅列出Coaxial/ Twisted的參考損耗(dB/m)，制造商可以用這樣的范例數(shù)據(jù)對供貨商的裸線進行確認。

表1：Loss Example for Twisted Pair Cable（數(shù)據(jù)源: USB Type-C Spec R2.1）

表2：Loss Example for Coaxial Cable（數(shù)據(jù)源: USB Type-C Spec R2.1）

1. Paddle Card

在組裝時，除了應注意Paddle Card Impedance的設計之外，還需要定義在加工區(qū)所披覆的膠水種類，考慮膠水特性與量產(chǎn)時能符合加工便利性、含水量、固化時間等，大多數(shù)產(chǎn)品使用UV膠（UV Resin），而這些對于特性阻抗的變因，都需要在產(chǎn)品設計初期就考慮在PCB Layout內(nèi)。

圖6：膠水選用時對于特性阻抗之影響

制作USB線纜、投入認證的過程中才發(fā)現(xiàn)所選用的組件匹配性不足或是穩(wěn)定性不高，往往會令制造商感到進退兩難?？蛻羲蜏y后，百佳泰不僅可以認證線纜成品，早在客戶選擇料件的時期，百佳泰也能進行連接器以及各組件的Pre-Test，進而節(jié)省認證與選用零件上的時間進程，并全面確保USB線纜質(zhì)量。如果對于USB線纜連接器有任何驗證需求，歡迎洽詢百佳泰?service@allion.com。