可降低纜線系統(tǒng)輻射的帶纜線平衡器集成電路

隨著具有平衡纜線損耗效應(yīng)的集成電路的出現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師有能力在很長(zhǎng)的銅纜線上，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)發(fā)送。在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了得到最佳性能，重要的是控制纜線和連接器的輻射。集成電路平衡纜線損耗效應(yīng)的能力是系統(tǒng)互連的主要成本影響。用光纖鏈路只是考慮距離和速度，現(xiàn)在可以用銅纜線架設(shè)。這樣可以避免光纖模塊的高成本?，F(xiàn)在，市場(chǎng)上可用“銅模塊”直接替代光纖模塊。這些銅模塊包含Maxim公司的纜線平衡器。用平衡器器件能夠在長(zhǎng)纜線上接收3.2Gbps數(shù)據(jù)，而且信號(hào)失真非常小。圖1示出經(jīng)過(guò)115英尺的信號(hào)，用平衡器和不用平衡器之間的比較。所得結(jié)果是：用平衡器的信號(hào)改善是驚人的。Maxim公司的平衡器家族包括工作速率高達(dá)12.5Gbps的器件。

圖1 通過(guò)115英尺纜線平衡器前后的3.2Gbps信號(hào)

在高位率，“銅”纜線互連部件必須很好地起到傳輸通道作用。它們應(yīng)該具有確定性的信號(hào)完整性以及傳送到接收器的最 大功率而無(wú)漏失。纜線互連部件的信號(hào)漏失成為到外界的EMI（電磁干擾）。而且，當(dāng)希望設(shè)備以從FCC和EC標(biāo)準(zhǔn)的EMC時(shí)，這會(huì)變得重要起來(lái)。

本文討論降低輻射的簡(jiǎn)單方法，而纜線平衡能延長(zhǎng)傳輸長(zhǎng)度和降低系統(tǒng)成本。

把設(shè)備的不同部分連接在一起的纜線和連接器能防止干擾和降低對(duì)輻射能量敏感的相互效應(yīng)。下面討論可降低纜線系統(tǒng)輻射的一些方法：

1、 平衡的系統(tǒng)

2、 鐵氧體珠

3、 雙絞纜線

4、 纜線屏蔽

5、 纜線/背板端接連接器

平衡的系統(tǒng)

一下平衡纜線系統(tǒng)由兩條線構(gòu)成，這兩條線相對(duì)第3條線或地傳輸正和負(fù)（雙極）信號(hào)。然而，由于差分線驅(qū)動(dòng)器不是理想的，所以，將會(huì)有一定量的不希望的信號(hào)出現(xiàn)，如噪聲、來(lái)自電源的交流聲和信號(hào)線上的溫度影響。差分接收器抑制這些共用信號(hào)的能力用稱之為共模抑制比（CMRR）的性能因數(shù)來(lái)表示。CMRR是差分模式增益與共模增益之比，通常用dB表示。在平衡系統(tǒng)中影響性能的還有另一個(gè)因數(shù)，它是由兩條信號(hào)線可能的長(zhǎng)度差引起的信號(hào)間的歪斜。這種長(zhǎng)度差將導(dǎo)致差分信號(hào)沿不能對(duì)準(zhǔn)，并在地系統(tǒng)中產(chǎn)生小的尖峰。

不包含平衡輸出的系統(tǒng)可以在輸出用變壓器（見(jiàn)圖2）產(chǎn)生平衡輸出。變壓器通常放置在靠近系統(tǒng)輸出的地方。如所用放大器不夠理想，并存在模式轉(zhuǎn)換問(wèn)題，則小量初級(jí)電流將做為差分模式電流呈現(xiàn)在輸出。在高頻，這種模式轉(zhuǎn)換是最普遍的。變壓器的另一因數(shù)是從初級(jí)到次級(jí)的電容。電容將會(huì)增加高頻能量到輸出的共模耦合，這會(huì)增加輻射。采用變壓器的另一好處是變壓器能提供系統(tǒng)間的DC隔離，系統(tǒng)地之間可能有電勢(shì)差。

圖2 輸出的變壓器轉(zhuǎn)換

鐵氧體珠

若小的鐵氧珠或環(huán)沿差分信號(hào)線滑動(dòng)，則它將起到縱向變壓器的作用，能降低共模電流。它們的性能如同一個(gè)減小的變壓器。鐵氧體珠或環(huán)對(duì)衰減高頻差分（如開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換瞬態(tài)變化和其他高頻信號(hào)）是有用的。往往在電源內(nèi)和用于視頻監(jiān)視器的纜線上能看到它們，它們用于降低系統(tǒng)的EMI。鐵氧體珠在低阻抗電路中工作得最好。在50MHz左右，珠阻抗高達(dá)500Ω。也應(yīng)該小心，珠磁芯不能變成飽和，因?yàn)檫@將降低其有效性。用多對(duì)纜線時(shí)，會(huì)增加纜線對(duì)之間的串?dāng)_。圖3示出珠插入損耗隨負(fù)載阻抗和匝數(shù)的變化。

圖3 鐵氧體珠插入損耗與頻率的關(guān)系

雙絞纜線

雙絞線可使差分模式輻射大大降低，而共模輻射不受影響。用差分信號(hào)傳輸與單端傳輸相比其輻射降低20~30dB。每當(dāng)從纜線輻射電磁場(chǎng)時(shí)，雙絞線消除來(lái)自雙絞相鄰線的磁場(chǎng)。結(jié)果是，若雙絞線處于同方向，則耦合到相鄰線對(duì)的場(chǎng)接近于零。對(duì)大多數(shù)纜線，在單捆線中含有多對(duì)雙絞線，雙絞線之間扭曲率是變化的。這種衰化將有助于消除線扭曲過(guò)程中一點(diǎn)點(diǎn)不對(duì)稱所引起的耦合結(jié)果。做為一個(gè)例子可查看典型的Category5纜線的扭曲率，Category5纜線用于大多數(shù)Ethernet網(wǎng)絡(luò)中，可看到扭曲率的變化。

纜線屏蔽

在控制輻射中一個(gè)比較重要的因數(shù)是纜線屏蔽。此關(guān)鍵參數(shù)決定輻射性能，它表示纜線所用屏蔽的有效性。傳輸阻抗表示流經(jīng)屏蔽表面的電流與跨接在表面另一端的電壓關(guān)系。此電壓是由流經(jīng)屏蔽厚度擴(kuò)散電流引起的（圖4）。

圖4 傳輸阻抗圖示一極化率和輻射

在網(wǎng)狀屏蔽罩中漏電感也會(huì)有影響。最好屏蔽效果的最優(yōu)罩是薄層圍住固態(tài)管屏蔽，如半剛性同軸電纜。 圖5示出幾種不同軸電纜的傳輸阻抗。

圖5 不同類型纜線的傳輸阻抗

采用屏蔽雙絞線或屏蔽雙導(dǎo)線饋電線的屏蔽平衡線，可使輻射進(jìn)一步降低，這是因?yàn)槠帘尾辉儆米龇祷赝?。流?jīng)屏蔽的唯一電流是由平衡線不對(duì)稱引起的。因此，輻射降低量為屏蔽電流與信號(hào)線上總信號(hào)電流的百分比值。

纜線/背板端接連接器

纜線部件最后到負(fù)載或源的連接和纜線性能同等重要。連接器能提供良好的屏蔽和到系統(tǒng)地的低阻抗連接是非常重要的。連接器畢竟與信號(hào)通路串聯(lián)。連接器電阻與頻率關(guān)系示于表1。

表1 連接器電阻與頻率關(guān)系

連接器類型 DC~10MHz 100MHz 1GHz

BNC連接器 1~3mΩ 10 mΩ 100 mΩ

N連接器 《0.1mΩ 1 mΩ 10 mΩ

屏蔽多觸點(diǎn)連接器 10~50mΩ 10~50 mΩ 300 mΩ

Pigtail 5cm Z=“3” mΩ+j0.3Ω×FMHz 《=相同 《=

在背板應(yīng)用中，需要高速密集端接連接器。有不少制造商生產(chǎn)連接器系統(tǒng)，這些連接器系統(tǒng)可有效地工作在高達(dá)12Gbps信號(hào)率范圍。這些連接器包含差分對(duì)和地系統(tǒng)，能提供良好的可控制阻抗和屏蔽。Teradyne和Molex公司生產(chǎn)一系列連接器，型號(hào)為VHDM、VHDM-HSD和Gbx。他們的產(chǎn)品把地板集成到連接器外殼中，使其具有控制阻抗和高水平屏蔽。

IEC的Tutorial具有這些連接器的性能，適用于網(wǎng)站。

帶纜線平衡器集成電路的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)把本方討論的方法結(jié)合在一起來(lái)滿足性能和輻射要求，這是可能的。

責(zé)任編輯：gt