输入阻抗、衰减及串音指标设计 - 6A类数字电缆的开发与制造

　　单线工艺的设计是整个设计过程中的重中之重，按照标准规定，一般6A类产品采用实心绝缘。当然，现在很多厂家根据客户需求，并结合成本的考虑，单线也可使用物理发泡，因为空气的介电常数最小，在单线绝缘外径减小的同时，工作电容不会增大，绝缘料使用量可减少50%以上,降低了制造成本。如今在激烈市场竞争下，如何在优良性能与电缆成本之间采取折衷，也至关重要。

　　①.特性阻抗(Characteristic Impedance)表示字符Z 单位Ω

　　导体和绝缘的材料及几何尺寸都会影响到特性阻抗值，输入阻抗是6A类数字电缆中重要指标之一，它的计算公式可列为：

　　阻抗上限：Zu= Zo*[(1+︱Ρ︱)/(1-︱Ρ︱)]

　　阻抗下限：Zl= Zo*[(1-︱Ρ︱)/(1+︱Ρ︱)]

　　式中，Zo—100Ω、︱Ρ︱—反射系数的模，︱Ρ︱=10(-RL/20)

　　结合阻抗的模板公式，可以看出，标准YD/T926.2-2009中，对于阻抗的要求略有降低，考虑到高端的6A类及以上产品，其阻抗指标在低频和高频时容易产生波动，因此标准中对低频和高频的允许阻抗波动范围比较大。比如，就6A类产品，其在500MHz时阻抗的上限为131.6Ω、而阻抗的下限为76.0Ω，远比其他标准中规定的100±15Ω容易达到，也符合实际使用要求，当然低频同样也允许存在适当大的波动。这个标准对于阻抗的规定，是比较贴近生产厂家的实际产品指标的。

　　②.衰减(Attenuation)表示字符ATT　单位为分贝dB

　　衰减主要表示为初始传送端信号强度与接收端信号强度的比值，是信号沿着一定长度的线缆传输所产生的损耗，此值与线缆的长度有着直接的关系，并随频率的上升而增加，故此值是越小越好。

　　6A类缆：α≤1.820√f+0.0091f+0.250/√f(dB) 公式中f为传输频率

　　上述公式中，受温度影响，对于非屏蔽电缆温度范围在20℃～40℃的增量为0.4%/℃，40℃～60℃的温度范围内为0.6%/℃，而屏蔽电缆在20℃～60℃的温度范围内为0.2%/℃，标准中还特别指出，1～4MHz性能由设计保证，无需测试低于4MHz的电缆衰减性能。

　　如果采用实心绝缘，一般导体直径控制在0.580mm来保证低频衰减指标合格，而工作电容一般控制在51nF/100m左右，来保证高频衰减指标的通过;当然，根据客户需求也可采用发泡工艺，在泡沫绝缘中，通过控制单线绝缘外径和水中电容的大小，以求绝缘的发泡度和成品电缆的工作电容均能符合设计要求。

　　③.近端串音衰减(Near End Crosstalk Attenuation)表示字符NEXT 单位dB

　　NEXT是对传送线对与邻近线对产生串音干扰信号的压制消耗能力，它是对串音干扰信号的消除作用，故此值越大越好。定义公式如下：

　　NEXT=10㏒(P1N/P2N)=20㏑(V1N/V2N)P1N主串对输入功率

　　P2N为电缆近端被串对输出功率

　　V1N主串对输入电压、V2N为电缆近端被串对输出电压

　　在传输过程中，线对间会产生电容耦合，会在相邻线对中产生串音，而绞对后相邻两节距有交叉，a、b两单线相对位置互换，耦合电容的极性相反，经叠加后可以互相抵消，相邻节距长度越接近，互相位置越一致，抵消的越干净，串音越小。线对之间的距离会影响到串音的大小，距离越远，串音越小，采用十字骨架可以使线对间距离增加，同时使线对对称性更好，促使NEXT有效提高，用适当增加十字骨架叶片的厚度就可以达到目的，NEXT指标也相应越好。标准中对此参数值的规定如下：

　　6A类缆：NEXT≥75.3-15㏒f

　　特别需要指出的是，6A类产品增加了外部近端串音(ANEXT)指标的测试。目前测试仪厂商正在研究现场测试安装系统ANEXT的方法。但是在实验室里已经可以实现线缆的外部串扰性能测试，最差情况是6根4对线缆包裹一根被测4对线缆，典型情况可以测试两根相邻4对线缆的外部串扰，此方法也可以用于链路或信道的测试。

　　三、6A类数字电缆在制造过程中的关键控制点

　　6A类数字电缆其结构和6类基本一样，但最高传输频率提高一倍，要实现这个要求，关健就是首先必须要精确的工艺结构设计，另外在生产上要选用性能优越的设备，严格执行工艺要求，精心地组织生产，才能做成合格的产品。

　　1 单线工序

　　单线是数字电缆生产的基础工序，设计并控制好绝缘单线各参数是首要条件。

　　根据设计，一般要求在生产过程中，要求同心度≥98%、导体线径偏差限制在0.002mm之间、绝缘线径偏差限制在0.004mm之间。如果单线绝缘用物理发泡，则水中电容应控制在±2.0pF/m之间，绝缘的发泡度一般选取在30～40%左右比较合适，太大了绞对时容易把单线压扁，太小了效果不明显。

　　铜丝的伸长率没有特别的要求，但退火的均匀性要求很高，在生产中特别需要注意退火电流的稳定，确保铜丝伸长率的均匀稳定。大线径的单线在生产时，绝缘外径的稳定性和圆整度是比较难控制的，也是对后续有很大影响的参数，这时设备的精密度和稳定性就显得尤其重要。

　　2 绞对工序

　　线对节距是直接关系到数字电缆成品的串音指标合格与否。绞对机一般有电子调节距和齿轮调节距两种方式，电子的换节距方便但稳定性差，齿轮式稳定性好，故最好选用齿轮式调节距的绞对机进行生产，节距的误差才能控制在±1%之内。

　　为了降低因绝缘单线在制造过程中的缺陷对成品电缆的影响，绞对工序一般采用退扭绞对机来生产，所谓退扭就是利用反方问预扭的方法减少或者消除制造过程中单线的自转现象，当然如果单线的同心度好，那退扭功能的补偿作用就很小了，那退扭也就没有必要了，况且退扭是会对单线有一定的损伤的，6A电缆需要一定的退扭，退扭率一般选取为30%～50%。

　　绞对生产时，要特别防止两根单线在绞合点的挤压变形现象，两根单线的放线张力必须一致，严格防止一根单线绕另一根单线的现象。绞对的节距一般选取8.5～18.5mm之间，当然，由于一些生产企业为了串音衰减和回波损耗指标稳定合格，采用选取更小的节距的办法，这样做也无可非议，但要注意相时延和时延差两项指标是否能合格。