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【摘要/前言】
Samtec Flyover?電纜系統(tǒng)旨在將信號從印刷電路板（PCB）上移出，以改善信號完整性，提升設(shè)計靈活性，并優(yōu)化散熱性能。這些產(chǎn)品通過低損耗、低skew的雙同軸電纜傳輸高速信號。它們的工作距離可長達(dá)數(shù)英尺，同時無需使用外部時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）或重定時器（Retimer）。
——白皮書概要
本白皮書包含了實測數(shù)據(jù)和示例，解釋了為什么在高速設(shè)計中，電纜解決方案可能更好。它還解決了諸如電纜管理和成本等方面的問題。
——作者簡介
本文作者是Anthony Fellbaum，作為 Samtec 高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師兼業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理， 他致力于為客戶提供技術(shù)咨詢和合作，以幫助他們確定最適合其獨(dú)特應(yīng)用場景的互連解決方案。他在背板、高速測試設(shè)備、射頻多路復(fù)用器和可編程邏輯器件等領(lǐng)域的設(shè)計經(jīng)驗，涵蓋了電信、航天、智能手機(jī)和ODM行業(yè)，使他成為了業(yè)內(nèi)資深的技術(shù)專家。Anthony 擁有湖首大學(xué)的電氣工程學(xué)位，并是安大略省專業(yè)工程師協(xié)會的成員。
本次，我們將分為上中下三期，為大家?guī)硗暾姘灼?，并在最后一?b>提供完整漢化版的下載鏈接。
【電纜提供更佳性能】
典型 PCB 材料的插入損耗（IL）與頻率的關(guān)系是眾所周知的。相比之下，Samtec Flyover?電纜的損耗明顯低于任何 PCB 級別材料。圖 1 比較了三種典型PCB 材料和兩種美國線規(guī)（AWG的 Samtec Flyover?電纜（30 AWG 和 34 AWG）的插入損耗幅度（以 dB 為單位）。為了更容易進(jìn)行比較，圖中顯示的是 10 英寸長度的對比。
在圖 1 中，對于典型的以 14 GHz 奈奎斯特頻率運(yùn)行的高速信號，傳統(tǒng)的 PCB 材料（如黃色所示）損耗很大。因此，設(shè)計人員可能會選擇更高級別的材料（如圖中淺粉色和深粉色所示），其損耗特性明顯更好（請注意，溫度變化也會顯著降低損耗性能）。然而，即使是最好的 PCB 性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 Samtec 低skew高速雙同軸電纜（圖 1 中的綠色 30 線規(guī)，藍(lán)色 34 線規(guī)）。
在 Samtec Flyover? 系統(tǒng)中，30 AWG 電纜在 28 Gbps PAM4/14 GHz 奈奎斯特下的插入損耗為?1.2 dB，在 56 Gbps PAM4/28 GHz 奈奎斯特下的插入損耗為-1.4 dB。Samtec 34 AWG 電纜在 28 Gbps PAM4/14 GHz 奈奎斯特下的插入損耗為-0.8 dB，在 56 Gbps PAM4/28 GHz 奈奎斯特下的插入損耗為?-1.4 dB。
我們還需注意這些材料在溫度和相對濕度下的穩(wěn)定性（溫度圖中包含了 20-80%的相對濕度）。如上圖所示，PCB 材料的損耗性能隨著溫度的變化而顯著下降。而 Samtec Eye Speed?雙同軸電纜由于電纜中使用的電介質(zhì)具有很低的吸濕性能，因此性能非常穩(wěn)定。
上述圖表僅比較了 PCB 走線與電纜導(dǎo)體。為了建立電纜系統(tǒng)，需要使用連接器。為了全面反映電纜解決方案的損耗情況，圖 2 顯示了帶有添加連接器的插入損耗。該圖描述了Samtec 長度為 0.25 米的 NovaRay? Flyover?系統(tǒng)的測量插入損耗性能。您可以注意到互連部分的附加損耗，其中包括連接器的占位和分線區(qū)域設(shè)計。測試電纜和走線的去嵌入范圍延伸至連接器基底面的約 2 毫米處。
【為什么電纜比PCB性能更好呢？】
簡單來說，電纜相較于 PCB 傳輸線提供更好的信號完整性；具體來說，這意味著在給定應(yīng)用中，Flyover?電纜的損耗特性比 PCB 傳輸線更好。這種性能的提高主要?dú)w因于兩個因素：所使用的絕緣（電介質(zhì)）材料以及導(dǎo)體的電氣性能。
Samtec Eye-Speed?雙同軸電纜中銅周圍的絕緣材料比用于支撐 PCB 傳輸線的編織材料具有明顯更低的相對介電常數(shù)（導(dǎo)致電氣路徑更短），并且損耗因子也低得多，降低了一個數(shù)量級（見圖 3）。PCB 采用類似于玻璃纖維的高端織物制造，具有出色的電氣性能，但其整體電介質(zhì)特性不如 Eye Speed? 30 歐姆雙同軸電纜中使用的含氟聚合物。
與介電常數(shù)（Dk）約為 3 的高端 PCB 材料（例如 Megatron）相比，含氟聚合物的介電常數(shù)較低，為 2。Samtec 采用專有的含氟聚合物，具有非常低的 Dk 和損耗角正切，與使用類似材料的電纜相比，具有更好的損耗性能。Samtec 不斷在其電纜產(chǎn)品中推進(jìn)電介質(zhì)材料和性能的最新技術(shù)，比如其 Eye Speed?超低skew雙同軸產(chǎn)品。
Samtec 的超低skew雙同軸電纜比 PCB 傳輸線具有更好的損耗特性的另一個原因是導(dǎo)體的尺寸。典型的高速走線，根據(jù)走線寬度，其橫截面積約為 20 mil2（在本例中，每個導(dǎo)體寬度為 10 mil，高度為 2.5 mil），但?Samtec 最受歡迎的 30 AWG 雙同軸規(guī)格電纜的橫截面積約為 100 mil2（每個導(dǎo)體直徑為 0.010 英寸）。
這幾乎是高速走線相對橫截面積的?8 倍，結(jié)果是同等長度的導(dǎo)體中?Samtec Flyover?電纜的插入損耗顯著降低?？紤]到趨膚效應(yīng)會導(dǎo)致高速信號使用導(dǎo)體的外周，隨著頻率的升高，導(dǎo)體尺寸變得更加重要。
此外，Samtec 高速電纜使用銀鍍層，其導(dǎo)電性能顯著優(yōu)于銅，從而在高頻下實現(xiàn)更低的插入損耗。電纜導(dǎo)體采用壓延銅，與蝕刻PCB走線相比，表面粗糙度要低得多。所有這些因素在高頻傳輸中都起著重要作用。
對于PCB材料而言，除了材料固有的電氣特性外，電介質(zhì)的編織結(jié)構(gòu)也會影響數(shù)據(jù)速率低的信號，因為編織會形成微米級信號。這被稱為纖維編織skew。隨著數(shù)據(jù)速率和/或頻率的增加，纖維編織skew的影響將更大。
為了提高信號完整性并避免纖維編織skew的影響，PCB制造商不斷創(chuàng)造出編織更緊密的新型高端材料。但設(shè)計人員仍必須關(guān)注其走線角度，并盡可能地補(bǔ)償幾何限制。
相比之下，Samtec Flyover?電纜采用擠塑工藝制造，因此銅周圍的電介質(zhì)是均勻的材 料，沒有編織或紋理（見圖 4）。這會在導(dǎo)體周圍形成均勻的材料，以保持信號的完整性。例如，使用 Samtec Eye Speed? 電纜，線對內(nèi)偏移<0.5 ps（以米為單位測量）。
所以為什么電纜比PCB更好呢？更好的電介質(zhì)、共擠技術(shù)，以及更大、鍍銀、表面粗糙度較低的導(dǎo)體的組合，使得Samtec的超低skew雙同軸電纜中的高速信號損耗性能明顯優(yōu)于 PCB 走線。
【小 結(jié)】
本文為系列第一期，引出了對于電纜的深度思考，在后續(xù)兩篇中，我們將討論電纜如何降低設(shè)計復(fù)雜性、電纜如何改善熱管理、如何利用Flyover?優(yōu)化設(shè)計等實踐話題，并提供完整版的下載渠道。
