了解汽車電纜的內(nèi)對(duì)傾斜

隨著現(xiàn)代汽車高清晰度視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)增長(zhǎng),高帶寬差速器屏蔽繞對(duì)電纜等汽車電纜的性能要求也在不斷提高。這些要求對(duì)于連接模塊的電纜尤其重要,例如?汽車頭裝置 顯示典型位于汽車后排的模塊,或作為汽車后排的一部分的汽車儀表集群 .

本文將重點(diǎn)討論一個(gè)叫做內(nèi)對(duì)斜線的關(guān)鍵參數(shù),它影響穿過100-794電纜的數(shù)據(jù)震動(dòng)。它將演示工程師如何通過理解和減輕對(duì)內(nèi)斜的影響來優(yōu)化高速、高帶寬微分信號(hào)的性能。

大多數(shù)工程師都十分關(guān)注差速線的頻率域參數(shù),如衰減特性和回波損耗規(guī)格,但對(duì)時(shí)域參數(shù)如雙內(nèi)斜線關(guān)注不夠。

內(nèi)對(duì)斜線是由構(gòu)成差動(dòng)對(duì)的每根導(dǎo)線上的不平等傳播延遲引起的差動(dòng)電纜中的畸變。在設(shè)計(jì)使用差動(dòng)電纜的高速通信鏈路時(shí),往往忽略了對(duì)內(nèi)斜線的負(fù)面影響。了解對(duì)內(nèi)斜斜的時(shí)域效應(yīng)的方法之一是觀察由于對(duì)內(nèi)斜斜增加引起的一種數(shù)據(jù)振動(dòng),即對(duì)間符號(hào)干擾的增加,眼睛寬度是如何減小的。 圖1 .

圖1 眼線圖測(cè)量不同電纜之間的信息系統(tǒng)。

另一方面,傾斜對(duì)模式轉(zhuǎn)換和電磁兼容性(emc)的影響并不直觀,可以令人吃驚地抽象。為了更好地理解這些效應(yīng),作者利用基本三角方程建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來理解內(nèi)對(duì)斜線。

如圖所示 圖2 ,差動(dòng)發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)著兩條電線,這兩條電線構(gòu)成了一端的一個(gè)電纜;另一端的電纜連接到一個(gè)差動(dòng)接收器。

圖2 圖中顯示了在一個(gè)電纜上傳輸?shù)牟顒?dòng)數(shù)據(jù).

在理論上,理論上零斜的理想狀態(tài)下,一個(gè)信號(hào)在正方運(yùn)行的時(shí)滯與該信號(hào)在負(fù)方運(yùn)行的時(shí)滯完全相同。然而,在實(shí)際的電纜中,由于電纜制造公差的變化,正方永遠(yuǎn)不會(huì)完全匹配正方。導(dǎo)體的正側(cè)長(zhǎng)度與負(fù)側(cè)長(zhǎng)度不同,導(dǎo)致對(duì)內(nèi)傾斜。

在圖1中,對(duì)內(nèi)偏斜的增加逐漸減少了眼圖的寬度。在極限情況下,如果對(duì)內(nèi)斜度等于微分?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)間周期,那么接收器看到的接收到的微分信號(hào)為零。

一個(gè)數(shù)學(xué)模型有助于揭示對(duì)內(nèi)傾斜對(duì)使用差動(dòng)信令系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量和電磁兼容性的影響。下面的分析假設(shè)了單音正弦波的傳輸。首先,它推導(dǎo)出一個(gè)理想情況下沒有任何內(nèi)對(duì)偏斜的方程,然后是一個(gè)有有限的偏斜量的情況。

如何確定對(duì)內(nèi)偏斜(理想):

· 數(shù)據(jù)+=阿拉伯?dāng)?shù)字(T)

· 數(shù)據(jù)微

· 數(shù)據(jù)微是數(shù)據(jù)加值的微分版本,基本上與數(shù)據(jù)加值相同,但在180度的相位外

公式1表示理想情況下的差動(dòng)電壓(傾斜=0):

VCM_ideal = (Data_plus + Data_minus)/2 = ((Asin (ωt) + Asin (ωt + π ))/2 = 0;

VDiff_ideal = (Data_plus – Data_minus) = Asin (ωt ) – Asin (ωt + π )

= 2Asin (ωt ) (1) [Equation 1]

在沒有偏斜的情況下,共同模式電壓Vcm_理想值=0

如何確定對(duì)內(nèi)偏斜(非理想):

· 當(dāng)有一對(duì)內(nèi)偏斜的bu半徑時(shí),bu=x/t(t是時(shí)間周期[秒],x是在秒內(nèi)偏斜的)

公式4表示非理想情況:

數(shù)據(jù)_+_sk=ASIN;

Data_minus_sk = Asin (ωt + π +φ) (or –Asin (ωt + φ));

公式2表示了有限斜線的非理想情況下的共同電壓VMC_SKW。

VCM_skew = (Data_plus_sk + Data_minus_sk)/2;

= [Asin (ωt ) – Asin (ωt + φ)]/2 (2) [Equation 2]

公式3計(jì)算了非理想情況下的差差傾斜,而方程4表示了以共同模式電壓和理想差差電壓為函數(shù)的差差電壓。

VDiff_skew = (Data_plus_sk – Data_minus_sk);

= Asin (ωt ) + Asin (ωt + φ) (3) [Equation 3]

在方程3上加和減ASIN(數(shù)模T),就形成了方程4.

= 2Asin (ωt) – (Asin (ωt) – Asin (ωt + φ)) (from Equations 1 and 2)

= VDiff_ideal – 2 x CM_skew (4) [Equation 4]

在對(duì)內(nèi)斜時(shí)的差動(dòng)電壓是無斜的差動(dòng)電壓與在斜時(shí)的共模電壓之間的差。

另外,看看方程3,如果br=(或者180度),那么差動(dòng)電壓=0。

這意味著,對(duì)于周期T的信號(hào),如果正負(fù)面之間的總傾斜是T,差動(dòng)電壓將是0。

公式4表明,在對(duì)內(nèi)偏斜的存在下,微分信號(hào)將分解為完美的不斜微分信號(hào)和共模信號(hào)的總和。任何的斜線將直接轉(zhuǎn)化為共模噪聲(基于公式4)。任何公共模式信號(hào),取決于電纜束罩的屏蔽效果,將輻射到空氣中的電磁發(fā)射,并將對(duì)EMC產(chǎn)生不利影響。

從接收器的角度來看,確實(shí)有可能去除信號(hào),而公式4說明了如何做到這一點(diǎn)。因此,如果對(duì)內(nèi)斜線可以產(chǎn)生共模信號(hào),那么也有可能通過移除共模信號(hào)來消除一個(gè)信號(hào)。這將需要一個(gè)物理組件,在傳遞差動(dòng)信號(hào)的同時(shí)有效地減弱共模信號(hào)。

圖3 顯示出這樣一個(gè)組件,它能衰減共模信號(hào),從而在傳遞差動(dòng)信號(hào)時(shí)減少對(duì)內(nèi)偏斜。這個(gè)組件被稱為共模阻塞,因?yàn)樗鼫p弱或"阻塞"信號(hào)的共模組件。由于這些共模阻塞需要在非常高的頻率工作,通常這些通常是被動(dòng)的電濾波器,它在不受阻礙地傳遞差動(dòng)信號(hào)的情況下阻塞共模信號(hào),如圖3所示。公共模式的塞子是非常小的物理尺寸-小到0805,甚至設(shè)計(jì)為印刷電路板安裝。

圖3 高速串行連接中的一種通用模式的阻塞,使用的是一個(gè)繞對(duì)差動(dòng)電纜。

圖4 顯示共同模式在減輕內(nèi)對(duì)對(duì)斜的效果。

圖4 圖中顯示了通過使用公共模式的阻塞實(shí)現(xiàn)的傾斜改進(jìn)。

總而言之,如果電纜上的電線與最小的內(nèi)對(duì)斜線保持很好的平衡,那么使用車輛中的一個(gè)光纜就有可能成功地傳輸和接收高分辨率的數(shù)字視頻。對(duì)高速數(shù)據(jù)通信的影響主要有兩個(gè)方面:

· 顫抖(如圖2所示,傾斜對(duì)接收器輸入時(shí)所看到的眼圖的影響)

· 共模噪聲,對(duì)電磁波產(chǎn)生不利影響(如公式4所示)

工程師可以利用本文中的概念和數(shù)學(xué)模型來理解和分析在車輛中成功使用科學(xué)技術(shù)支持電纜傳輸高分辨率視頻數(shù)據(jù)的復(fù)雜性,特別是因?yàn)檐囕v中的視頻分辨率包含高達(dá)8K的分辨率。