极细同轴线/Twinaxial连接器

I-PEX 是极细同轴线连接器的先驱,I-PEX 于 1996 年批量生产了首款 CABLINE®极细同轴线连接器。随着数据传输速率和产品使用频率的提高,I-PEX 极细同轴线/双芯线连接器也在不断发展,以更好的满足市场需求。本页会对极细同轴线/双芯线连接器、电缆和电缆组件的常见问题进行解答,旨在帮助新晋工程师了解首次使用这些产品时的考量要点,以及资深工程师在今后的设计工作中如何更好的使用这些产品。

目录

1. 同轴电缆组件

高频信号对来自附近通信源(如天线、高速电路板走线和 PCB 上的收发器)的电磁辐射更为敏感。通过使用极细同轴电缆,这些高速信号可以很好地屏蔽噪音,并保持数据的信号完整性。极细同轴电缆包括一个用于信号传输的中心导体,其周围是用于绝缘的介质,外层导体由多股金属护套组成,用于接地回流,外被护套包裹,用于额外绝缘。I-PEX 可为高频信号提供完整的极细同轴线束解决方案,其全屏蔽款连接器提供机械锁扣的功能,可实现可靠稳固的连接。

Coaxial_Cable_Structure_E
同轴电缆结构
CABLINE-CAII_PLUS
CABLINE®-CA II PLUS

2. 双芯电缆组件

双芯线电缆更适用于低电压、低延时和紧密相位匹配信号的高速数字数据传输。与 PCB 线路相比,这些电缆散热更少,信号损耗更小,因此可用于电路板上设备的互连。双芯电缆有两个中心导体,通常用于差分信号。这两根导体被橡胶或塑料等绝缘体隔开和包围。这些导体周围有一层绝缘介质层,就像极细同轴电缆一样。外层为金属导电屏蔽,用于接地回流,最外层为 PVC 护套。I-PEX 为高速差分信号提供完整的 双芯电缆解决方案,您可使用我们的全屏蔽连接器(可选是否带有机械锁定功能),以实现可靠的连接。

Twinaxial_Cable_Structure
双轴电缆结构
CABLINE-CA_IIP_PLUS
CABLINE®-CA IIP PLUS
CABLINE-UM
CABLINE®-UM

3. 最大工作频率

最大工作频率决定了通信系统高速接口的传输速度和数据量。在高速数字数据传输中,互连介质的阻抗失配和高插入损耗会导致信号眼闭合,从而导致高误码率和接收端的数据丢失。因此,使用阻抗匹配良好的高性能、低损耗电缆互连变得更加重要,这样才能高保真地传输高速信号。CABLINE® 系列产品损耗低,工作频率最高可达 16GHz,使用 PAM4 信号可支持高达 64Gbps 的数据传输速率。CABLINE®系列产品通常支持的协议有 USB、eDP、Display Port 和 PCIe。
 

信号眼打开, 信号眼闭合
信号眼打开:高性能同轴互联传输高保真数字数据信号
信号眼闭合:有损同轴互联造成的数字数据失真/比特错误

4. 连接器可用空间

接口的通道数、所需pin数、每个pin之间的间距、公座和连接器的允许配接宽度、长度和外形高度决定了应使用了合适的连接器。连接器在印刷电路板上的最大可用面积和位置也决定了母座和公座线束组件的安装配置,可以是水平的,也可以是垂直的。I-PEX 在其 CABLINE® 系列高速连接器中提供水平和垂直插拔款以及各种不同尺寸和pin数的连接器。

MCX_SEO_4(1)

MCX_SEO_4(2)

5. EMI 屏蔽和电力信号

有时需要在同一线束中传输电源、低速控制和高速数据信号。由于系统中的表面贴装元件或噪音非常接近,因此需要对信号进行屏蔽,以防止电磁干扰和串扰。I-PEX 全 360 度 EMI 屏蔽解决方案-名为 ZenShield®, 在CABLINE® 系列产品公座的柔性印制电路极细同轴电缆和双芯电缆中,以防止 EMI 噪声干扰已经嵌合的连接器信号端子和焊接尾端。
ZenShield® 适用于 CABLINE®-VS II、CABLINE®-VS IIF、CABLINE®-CA II、CABLINE®-CA II PLUS、CABLINE®-CA IIP PLUS、CABLINE®-CA IIF、CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UM 系列产品。

焊尾集成屏蔽的图形连接器

6. 最小化损耗

插入损耗、回波损耗和驻波比是高速双芯线和极细同轴电缆组件的关键性能指标。在高速应用中,高性能极细同轴电缆可实现出色的信号完整性并降低损耗。 I-PEX提供高性能的 CABLINE® 极细同轴电缆和双芯线电缆组件,这些组件采用自动化装配流程制造,以确保每个成品都具有一致的高质量和低损耗。

微型同轴电缆的尺寸, 微型同轴电缆横截面
微型同轴电缆的尺寸, 微型同轴电缆横截面

7. 弯曲、弯折和扭转要求

极细同轴电缆和双芯轴电缆都规定了最小弯曲半径,这一参数决定了这些电缆可以在多大程度上反复弯曲而不会损坏,同时还能确保信号的高度完整性。最小弯曲半径通常以毫米为单位。极细同轴电缆还指定了扭转参数,该参数允许电缆沿 Y 轴旋转运动,通常以度为单位。 对于极细同轴电缆,推荐的最小弯曲半径为 "导线外径的6 倍",但实际规格取决于客户选择的同轴电缆。

Bend Flex and Twist Requirements
扭转和弯曲性能

 

对于双芯电缆,如下图所示,电缆的结构只限制其高度方向的弯曲和挠曲。根据经验,双芯电缆的最小弯曲半径规定为电缆高度的 10 倍。不允许沿 Y 轴方向弯曲和挠曲。

Restristion on Bending Direction for Twinaxial Cable
Restristion on Bending Direction for Twinaxial Cable
Twinaxial Cable Structure
Twinaxial Cable Structure

 

8. 引脚分配

根据信号引脚、布局和电路板走线,线束组件中每个连接器的引脚分配可能不同。I-PEX 高速线束组件提供两种不同类型的引脚分配配置,即 1-N 型直引脚分配和 1-1 型镜像引脚分配配置,可在设计中灵活布线和放置。

1-N 型配置、1-1 型配置
1-N 型配置、1-1 型配置

 

9. 护套和捆绑类型

我们为高速电缆束提供四种不同类型的外部胶带或着护套,以提高布线和安装时的设计的灵活性。 捆扎胶带可多点缠绕电缆,覆盖线束的部分、大部分或全部布线区域。此外,还有扁平捆绑类型可供选择,适用于空间有限的系统,这些系统需要重量轻、透明、散热快和应力分布均匀的外护套。

微型同轴电缆线束中的编带和捆扎方式
微型同轴电缆线束中的编带和捆扎方式

 

10. 高速协议

USB 3、USB 4、Thunderbolt、Displayport、eDP、HDMI、MIPI 和 PCIe是一些通常支持的协议,使用 PAM4 信号类型,最大数据传输速率为 64 Gbps/lane。
I-PEX 提供的工具可用于查找适用于特定行业标准(如 MIPI、PCIe、USB 等)的可用连接器选项。同时,用户还可以通过该工具了解 I-PEX 高速连接器系列支持哪些类型的行业标准。

Signal  Integrity Reference Tool

11. 线束制造工艺

公座线束准备的主要流程如下:

  • 剥线并准备电缆组件
  • 将电缆子组件安装到公座外壳组件部分,并将裸露导体焊接到公座信号端子上
  • 将锁定杆组件(或锁定杆)安装到公座外壳组件上
  • 盖上公座外壳并焊接所需区域,完成公座线束制程
Image of plug harness assembly process
Image of plug harness assembly process
(Example: CABLINE®-CA II)

 12. 信号完整性数据

I-PEX 提供 CABLINE®系列极细同轴线连接器的仿真 S 参数数据,包括单端(Single Ended)45 ohm参考阻抗和差分 85 ohm参考阻抗两种配置。
信号完整性测试报告包括连接器最高工作频率范围内的插入损耗,回波损耗,近端串扰和远端串扰数据。报告中还包含通过时域反射仿真获得的单端和差分信号配置下的特性阻抗数据。
此外,各 CABLINE®系列连接器的信号完整性数据下载页面还提供 Touchstone 文件,包括用于单端配置的 S2P 文件以及用于差分信号的 S4P 文件。

Downloads

13. 信号完整性测试

I-PEX 提供信号完整性测试板,用于评估连接器及线束的高速传输特性 通过使用 SI 测试板,可以高精度地测量插入损耗,回波损耗,电压驻波比和串扰等关键的信号完整性参数,从而评估整套的互连组件,包括同轴电缆本身的损耗,以及仅连接器公座和母座的损耗。

每块测试板的一侧安装有母座,另一侧安装有 SMA/2.92 mm RF 连接器。母座的引脚通过高速信号走线与 RF 连接器相连接。
该测试板套件包括用于测量完整线束信号完整性的主测试板,以及用于去嵌PCB 走线损耗的校准板。

SI Test Board_1 SI Test Board_2 SI_Test_Board_3

14. 工作温度

采用极细同轴x线和电子线的标准 CABLINE®线束组件,可在最高 80℃ 环境下工作。事实上所有 CABLINE 系列连接器均可在 -40℃ 至 85℃ 的温度范围内工作,而高温版本则最高可在 -40℃ 至 105℃ 的温度范围内工作。针对需要 85℃或 105℃更高工作温度的应用场景,I-PEX 可按需提供 CABLINE®线束组件,选用最高耐温 105℃规格的同轴线缆及分立式线缆进行制作。
表 1 列出了 CABLINE®系列连接器目前可供使用的极细同轴x线和电子线,并提供了其尺寸、外径以及适配的工作温度范围等信息,供参考。
例如,AWG 44极细同轴电缆提供 45 ohm 和 50 ohm 两种规格,最高可在 105℃ 环境下工作。

      supported temperature  
      80 85 105 Cable O.D.
MCX #36 30 ohm 0.38
42.5 ohm - - 0.46
AWG 38 42.5 ohm 0.44
43 ohm - - 0.388
45 ohm 0.47
50 ohm 0.48
AWG 40 45 ohm 0.33
50 ohm 0.37
AWG 42 45 ohm 0.29
50 ohm 0.31
AWG 44 45 ohm 0.26
50 ohm 0.24
AWG 46 45 ohm 0.21
50 ohm 0.23
Discrete AWG 32 - 0.38
AWG 34 - 0.32
AWG 36 - 0.29