汽车数据线缆探讨之特性抗阻篇

 2）用网络分析仪测输入阻抗

    网络分析仪测量测试端口上的输入阻抗（如图6所示）。通常这并非电缆的特性阻抗。如果电缆的电气长度很长，输入阻抗就是电缆的特性阻抗。

图6 网络分析仪测试设备

3）用LCR表测阻抗

    可用所谓“开路短路”法测量低频特性阻抗（如图7所示）。在仍可看成是集总元件的最长电缆，通常为1/10波长的电缆上测量开路和短路阻抗。两次测量结果之积的平方根即为特性阻抗。这项技术的缺点是精度低。开路和短路测量可能超出网络分析仪的合理精度。更好的方法是用网络分析仪测量开路和短路阻抗，由于使用电流电压技术而能测量很宽的阻抗范围。

图7 LCR表测试设备

 汽车数据线缆中经常看到各种阻抗的电缆，有50Ω、75Ω、90Ω、100Ω、120Ω等，各种应用场景如下：

1）视频信号线阻抗控制为：75Ω。

2）USB信号线差分阻抗为：90Ω。

3）以太网差分信号线差分阻抗为：100Ω。

4）RS422、RS485、CAN差分信号的差分阻抗为：120Ω

    这些阻抗控制数值是如何确定的？我们选择一个同轴线的50Ω特征阻抗和双绞线100Ω的差分阻抗做一下简介。

① 同轴线50Ω阻抗

    同轴线选择50Ω作为高频特征阻抗匹配是基于功率容量、抗击穿电压和衰减之间的综合考虑的结果，如下图，插入损耗最小，约为77Ω。另一方面，如果绘制最大功率传输与特征阻抗的关系曲线，则最大功率约为30Ω。

图8  50Ω阻抗示意图

 当最大功率传输时，特征阻抗值为30Ω，而理论上最小衰减（损耗）的特征阻抗为77.5Ω。在传输功率和最小衰减两个值之间寻找矛盾平衡点，选择传输线的阻抗值为50Ω（如图8所示）。

    另一方面，当在较长的同轴电缆（如电缆或卫星电视）中要求最小损耗时，对功率传输没有过高要求时，因此在这些系统中使用了阻抗为75Ω电缆和连接器。

② 差分线100Ω阻抗

    单端做匹配时是50Ω阻抗，我们已经了解，那么差分线为什么是100Ω呢？如何来理解这个事情？

如下图9中的差分线，我们单独对每根传输线并联一个Z（这里假设50Ω）的特征阻抗到地。

图9 100Ω阻抗示意图

    图中其实已经比较直观的表明了：

 因为：I1 = -I2

    所以：事实上没有电流通过地到这两个Z，也就是说可以把他们合并成为一个整体，如上图的右边红色部分，其大小为2Z，这就是差分阻抗是100Ω的原因。

    实际上，如果这两个传输线之间的间隔太近，他们之间是存在耦合的，正因为这种耦合的存在，每根线上的的阻抗并不是Z 。具体的推理过程这里就不详述了，我们假设耦合系数是k，所以实际上的阻抗值应该是：Z = 2Z（1-k）。