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再談lvds排線之特性阻抗
- 作者: 阿勇
- 來源: 鑫美特FFC排線
- 日期 : 2022-06-02
LVDS排線之特性阻抗只是針對(duì)高頻信號(hào)而言的，對(duì)于低頻信號(hào)是不存在特性阻抗的。
在這里我必須要強(qiáng)調(diào)一下傳輸線理論基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單述說一下：如果傳輸線上傳輸?shù)男盘?hào)是低頻信號(hào)，假設(shè)是1KHZ，信號(hào)的波長(zhǎng)就是300公里（這里假設(shè)信號(hào)速度等同于光速），這樣即使傳輸線的長(zhǎng)度有1米長(zhǎng)或更長(zhǎng)，相對(duì)于信號(hào)的波長(zhǎng)來說，還是很短的，對(duì)信號(hào)而言，此傳輸線可以看成是短路，傳輸線對(duì)信號(hào)的影響微乎其微。但是，對(duì)于高速信號(hào)而言，假設(shè)信號(hào)頻率提高到300MHZ，波長(zhǎng)就減少到1米，這時(shí)候1米的傳輸線與信號(hào)的波長(zhǎng)已經(jīng)完全可以比較，信號(hào)在傳輸線上就會(huì)存在波動(dòng)效應(yīng)，在傳輸線上不同點(diǎn)上的電壓電流就會(huì)不同。因此，在這種情況下，就不能忽略傳輸線對(duì)信號(hào)造成的影響，傳輸線相對(duì)信號(hào)來說就是一段長(zhǎng)線，在應(yīng)用中我們要用長(zhǎng)線傳輸?shù)睦碚搧斫鉀Q問題，特別是高頻信號(hào)時(shí)，傳輸線理論非常重要。
特性阻抗是對(duì)于高頻信號(hào)而言的，屬于長(zhǎng)線傳輸中的一個(gè)概念，一般現(xiàn)在數(shù)字電視信號(hào)都是高頻信號(hào)，因此lvds排線的特性阻抗是存在的，也是必須要管控的。比如8K電視信號(hào)在lvds排線傳輸過程中，在信號(hào)到達(dá)的一個(gè)點(diǎn)，傳輸線與參考平面之間會(huì)形成電場(chǎng)，因電場(chǎng)的存在，在這個(gè)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流，這個(gè)瞬間的小電流在lvds排線的每一點(diǎn)都是存在的。同時(shí)信號(hào)也存在一定的電壓，這樣在信號(hào)傳輸過程中，lvds排線每一個(gè)點(diǎn)會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就是我們提到的傳輸線的特性阻抗。
lvds特性阻抗是由排線導(dǎo)體規(guī)格（厚度與寬）、導(dǎo)體間距、絕緣膜材質(zhì)及厚度有關(guān)，與長(zhǎng)度無關(guān),如果測(cè)試的頻率大于1MHz,特性阻抗與頻率幾乎無關(guān) 。經(jīng)過一系列比較復(fù)雜的算式得出特性阻抗的結(jié)果正好是以歐姆(Ω)為單位，所以中文把這個(gè)參數(shù)譯做“特性阻抗”，有時(shí)簡(jiǎn)稱阻抗。這個(gè)特性阻抗參數(shù)和歐姆定律中常引用的純電阻完全是兩個(gè)概念，雖然它們計(jì)量單位都是歐姆(Ω)，但此“歐姆”非彼“歐姆”。特性阻抗是薇電阻 R0 暨“分布參數(shù)（電感與電容）”彼此“感應(yīng)作用”的一個(gè)等效值，它被用來簡(jiǎn)要地衡量和描述導(dǎo)體介質(zhì)的傳輸特性，且不隨“均勻”傳輸線的長(zhǎng)度改變而發(fā)生變化，。而電阻是與傳輸線的長(zhǎng)度密切相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，傳輸線越長(zhǎng)，電阻值通常也越大。
那么特性阻抗是越大越好還是越小越好呢？其實(shí)特性阻抗大小合適就好，而且特性阻抗最關(guān)鍵的是波動(dòng)幅度要控制足夠小。特性阻抗對(duì)線纜小白來說可能不好理解，為了方便大家理解，我們舉一個(gè)類比的例子來加以說明。一條道路，如果非常平整，則我們就說它的平整度(特性阻抗)很高(亦即阻抗連續(xù)性好)；如果出現(xiàn)坑洼不平，我們就說他的平整度差(阻抗不連續(xù))。如果前面路斷了(斷頭路)，則車輛行人只能掉頭回來(斷頭相當(dāng)于電纜開路，阻抗突變?yōu)闊o窮大)。如果路面坑洼顛簸得很厲害，則底盤低的轎車就會(huì)放棄前行掉頭返回(阻抗突變導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生回波)。由此可以幫助理解：阻抗越連續(xù)(平順)，則信號(hào)回波越少。反之，回波越大，則阻抗越不連續(xù)(路面不平整順)。所以，通過測(cè)量回波，我們就可以了解路面的質(zhì)量(電纜的阻抗連續(xù)性)。
因此lvds的特性阻抗的大小是使用方的工程師根據(jù)線纜的傳輸需求設(shè)計(jì)一個(gè)需求值，一般是來說有點(diǎn)是90Ω，有的選100Ω。當(dāng)然也有寫其他排線甲方選50Ω，根據(jù)實(shí)際需求而定。不過總而言之，不管選擇哪一個(gè)中心值，需求方都要求我們FFC排線生產(chǎn)廠家將特性阻抗波動(dòng)值控制在±15%，嚴(yán)格一些控制在±10%，甚至±5%以內(nèi)，只有波動(dòng)足夠小，lvds排線的傳輸信號(hào)才越平穩(wěn)，信號(hào)連續(xù)性、圖像清晰度才越好。
下面我們以幾條實(shí)際lvds排線來說明特性阻抗的波動(dòng)幅度。
（1）以0.5x51x182A單面貼一體材的這款lvds排線舉例：
這款lvds排線長(zhǎng)度只有182mm，但是有三個(gè)折角，而這每個(gè)折角處是特性阻抗的一個(gè)波動(dòng)處，以測(cè)試結(jié)果圖說明之：
由此可見，在排線的折角處還是有一定的變大貨變小，說明彎折處對(duì)特性阻抗有影響，但是它特性阻抗最大值93.95Ω，最小值86.73Ω，波動(dòng)范圍較小，小于5%的波動(dòng)幅度，效果是非常好的。
（2）0.5x51x1005A單面后貼吸波材 lvds排線舉例：
這款lvds排線長(zhǎng)度有1005mm長(zhǎng)，但是有三個(gè)折角，而這每個(gè)折角處是特性阻抗的一個(gè)波動(dòng)處，以測(cè)試結(jié)果圖說明之：
這款lvds排線特性阻抗最大98.62Ω，最小90.08Ω，波動(dòng)范圍在10%以內(nèi)，算比較不錯(cuò)的。
在這里我必須要強(qiáng)調(diào)一下傳輸線理論基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單述說一下：如果傳輸線上傳輸?shù)男盘?hào)是低頻信號(hào)，假設(shè)是1KHZ，信號(hào)的波長(zhǎng)就是300公里（這里假設(shè)信號(hào)速度等同于光速），這樣即使傳輸線的長(zhǎng)度有1米長(zhǎng)或更長(zhǎng)，相對(duì)于信號(hào)的波長(zhǎng)來說，還是很短的，對(duì)信號(hào)而言，此傳輸線可以看成是短路，傳輸線對(duì)信號(hào)的影響微乎其微。但是，對(duì)于高速信號(hào)而言，假設(shè)信號(hào)頻率提高到300MHZ，波長(zhǎng)就減少到1米，這時(shí)候1米的傳輸線與信號(hào)的波長(zhǎng)已經(jīng)完全可以比較，信號(hào)在傳輸線上就會(huì)存在波動(dòng)效應(yīng)，在傳輸線上不同點(diǎn)上的電壓電流就會(huì)不同。因此，在這種情況下，就不能忽略傳輸線對(duì)信號(hào)造成的影響，傳輸線相對(duì)信號(hào)來說就是一段長(zhǎng)線，在應(yīng)用中我們要用長(zhǎng)線傳輸?shù)睦碚搧斫鉀Q問題，特別是高頻信號(hào)時(shí)，傳輸線理論非常重要。
特性阻抗是對(duì)于高頻信號(hào)而言的，屬于長(zhǎng)線傳輸中的一個(gè)概念，一般現(xiàn)在數(shù)字電視信號(hào)都是高頻信號(hào)，因此lvds排線的特性阻抗是存在的，也是必須要管控的。比如8K電視信號(hào)在lvds排線傳輸過程中，在信號(hào)到達(dá)的一個(gè)點(diǎn)，傳輸線與參考平面之間會(huì)形成電場(chǎng)，因電場(chǎng)的存在，在這個(gè)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流，這個(gè)瞬間的小電流在lvds排線的每一點(diǎn)都是存在的。同時(shí)信號(hào)也存在一定的電壓，這樣在信號(hào)傳輸過程中，lvds排線每一個(gè)點(diǎn)會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就是我們提到的傳輸線的特性阻抗。
lvds特性阻抗是由排線導(dǎo)體規(guī)格（厚度與寬）、導(dǎo)體間距、絕緣膜材質(zhì)及厚度有關(guān)，與長(zhǎng)度無關(guān),如果測(cè)試的頻率大于1MHz,特性阻抗與頻率幾乎無關(guān) 。經(jīng)過一系列比較復(fù)雜的算式得出特性阻抗的結(jié)果正好是以歐姆(Ω)為單位，所以中文把這個(gè)參數(shù)譯做“特性阻抗”，有時(shí)簡(jiǎn)稱阻抗。這個(gè)特性阻抗參數(shù)和歐姆定律中常引用的純電阻完全是兩個(gè)概念，雖然它們計(jì)量單位都是歐姆(Ω)，但此“歐姆”非彼“歐姆”。特性阻抗是薇電阻 R0 暨“分布參數(shù)（電感與電容）”彼此“感應(yīng)作用”的一個(gè)等效值，它被用來簡(jiǎn)要地衡量和描述導(dǎo)體介質(zhì)的傳輸特性，且不隨“均勻”傳輸線的長(zhǎng)度改變而發(fā)生變化，。而電阻是與傳輸線的長(zhǎng)度密切相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，傳輸線越長(zhǎng)，電阻值通常也越大。
那么特性阻抗是越大越好還是越小越好呢？其實(shí)特性阻抗大小合適就好，而且特性阻抗最關(guān)鍵的是波動(dòng)幅度要控制足夠小。特性阻抗對(duì)線纜小白來說可能不好理解，為了方便大家理解，我們舉一個(gè)類比的例子來加以說明。一條道路，如果非常平整，則我們就說它的平整度(特性阻抗)很高(亦即阻抗連續(xù)性好)；如果出現(xiàn)坑洼不平，我們就說他的平整度差(阻抗不連續(xù))。如果前面路斷了(斷頭路)，則車輛行人只能掉頭回來(斷頭相當(dāng)于電纜開路，阻抗突變?yōu)闊o窮大)。如果路面坑洼顛簸得很厲害，則底盤低的轎車就會(huì)放棄前行掉頭返回(阻抗突變導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生回波)。由此可以幫助理解：阻抗越連續(xù)(平順)，則信號(hào)回波越少。反之，回波越大，則阻抗越不連續(xù)(路面不平整順)。所以，通過測(cè)量回波，我們就可以了解路面的質(zhì)量(電纜的阻抗連續(xù)性)。
因此lvds的特性阻抗的大小是使用方的工程師根據(jù)線纜的傳輸需求設(shè)計(jì)一個(gè)需求值，一般是來說有點(diǎn)是90Ω，有的選100Ω。當(dāng)然也有寫其他排線甲方選50Ω，根據(jù)實(shí)際需求而定。不過總而言之，不管選擇哪一個(gè)中心值，需求方都要求我們FFC排線生產(chǎn)廠家將特性阻抗波動(dòng)值控制在±15%，嚴(yán)格一些控制在±10%，甚至±5%以內(nèi)，只有波動(dòng)足夠小，lvds排線的傳輸信號(hào)才越平穩(wěn)，信號(hào)連續(xù)性、圖像清晰度才越好。
下面我們以幾條實(shí)際lvds排線來說明特性阻抗的波動(dòng)幅度。
（1）以0.5x51x182A單面貼一體材的這款lvds排線舉例：
這款lvds排線長(zhǎng)度只有182mm，但是有三個(gè)折角，而這每個(gè)折角處是特性阻抗的一個(gè)波動(dòng)處，以測(cè)試結(jié)果圖說明之：
由此可見，在排線的折角處還是有一定的變大貨變小，說明彎折處對(duì)特性阻抗有影響，但是它特性阻抗最大值93.95Ω，最小值86.73Ω，波動(dòng)范圍較小，小于5%的波動(dòng)幅度，效果是非常好的。
（2）0.5x51x1005A單面后貼吸波材 lvds排線舉例：
這款lvds排線長(zhǎng)度有1005mm長(zhǎng)，但是有三個(gè)折角，而這每個(gè)折角處是特性阻抗的一個(gè)波動(dòng)處，以測(cè)試結(jié)果圖說明之：
這款lvds排線特性阻抗最大98.62Ω，最小90.08Ω，波動(dòng)范圍在10%以內(nèi)，算比較不錯(cuò)的。
