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fakra传输啥信号(音视频和车载信号传输详解)

返回列表 来源:灿科盟 浏览:- 发布日期:2022-05-17 17:59:53【

音视频信号

信号连接线Fakra的定义:

FAKRA连接器 FachkreisAutomobil Connector

HSD: High Speed Data Connector

公母结构如下:


主要的性能指标:

特性阻抗Impedance

由于在整个传输线上阻抗维持恒定不变,特性阻抗就是表达传输线的这种特性的名称。

插入损耗Insertion Loss

插入损耗是指发射端与接收端之间,插入电缆或元件产生的信号损耗,通常指衰减。插入损耗以接收信号电平的对应分贝(dB)来表示。

反射损耗 ReturnLoss

是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,一般是inline处的反射。不匹配主要发生在连接器的地方,但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方。

Fakra的要求:


HSD的要求:


车载信号传输

随着汽车智能驾驶系统和车载娱乐系统的需求日益增长,车内信号传输速率随之增加,导致相应的连接线缆的传输频率也逐渐增加。FAKRA同轴线缆是一种传输射频信号或高清摄像头信号的高速高频线缆,其典型结构如图1所示,主要包括:FAKRA连接器、FAKRA Inline连接器、同轴电缆、PCB板端连接器。


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

图1 FAKRA同轴线缆连接结构图

FAKRA同轴线缆在零件匹配和汽车应用中,回波损耗和插入损耗这两项重要电气性能会受到明显影响,导致传输信号的品质下降,影响用户感知,甚至导致功能失效。本文主要分析FAKRA连接器、FAKRA Inline连接器、同轴电缆、PCB板端连接器,对整个传输链路信号品质的影响,并提出减少影响的工程方法。

FAKRA同轴线缆在零件匹配和汽车应用中,回波损耗和插入损耗这两项重要电气性能会受到明显影响,导致传输信号的品质下降,影响用户感知,甚至导致功能失效。本文主要分析FAKRA连接器、FAKRA Inline连接器、同轴电缆、PCB板端连接器,对整个传输链路信号品质的影响,并提出减少影响的工程方法。

1 FAKRA连接器对整个传输链路性能的影响

在分析FAKRA连接器对信号品质的影响之前,需要先了解连接器的设计标准,再围绕标准分析存在的潜在影响因素。FAKRA连接器主要参考的界面尺寸标准主要有ISO20860-1和USCAR-18,测试标准主要有ISO20860-2,USCAR-17和USCAR-2。界面尺寸标准,定义了FAKRA连接器轴向和径向方向的主要尺寸,包括公端连接器和母端连接器,如图2所例示(摘自ISO20860-1)。


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

图2 线端公端连接器界面尺寸标准

在轴向方向上,某些尺寸是一个尺寸公差范围,公母两端连接器对插后,在连接界面处存在间隙。界面尺寸公差引起的对插后的间隙对电性能产生影响,空气间隙的大小影响阻抗匹配的程度。另外从标准出发,外导体端面处绝缘介质材料只定义了50Ω的设计要求,在不同公司的产品中,绝缘介质材料存在并不相同的现象,也会影响阻抗匹配的效果。故即使在界面结构尺寸符合标准的前提下,对于不同绝缘材料和界面结构的连接器,需要进行匹配试验,验证相关电性能指标是否在规定数值范围内。

2 FAKRA Inline连接器对整个传输链路性能的影响

在整车线束连接和组装过程中,不可避免地采用Inline连接器进行对接,例如对于娱乐主机与外部天线的连接,娱乐主机布置在仪表台区域,而外部天线在车顶后部,一般需要通过仪表线束、车身线束和顶棚线束三段线束来共同连接,这就会产生Inline连接器。

如图3所示,做了一下连接对比:一根为完整的400mm样品1,两端为FAKRA连接器;另外一根为4段等长的100mm样品2,通过3对FAKRA Inline进行串联连接。


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

图3 样本1同轴电缆和样本2同轴电缆

通过表1的插入损耗对比,可以发现在相同频率下,样品2比样品1插入损耗大,是由于中间的3对Inline连接器的插入损耗在传输链路中施加了影响。

表1 样本1同轴电缆与样本2同轴电缆的插入损耗对比


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

通过表1可以看出,增加Inline连接器可以引入插入损耗,由此得知连接器插入的数量越多,插入损耗越大。同时,对于Inline连接的选型应用,需要考虑工作频率,在不同频率下,插入损耗不同。在实际应用中,还需要验证Inline连接器的品质稳定性和一致性。

另外,尤其涉及到不同厂家的Inline连接时,需要评估和测试切换后的整体性能。Inline连接器对配时,如果发生阻抗失配,会引起回波损耗,导致信号输出功率降低,插入损耗增大;Inline连接器的导体损耗、介质损耗以及辐射能量都会引起插入损耗增大,导致信号输出功率降低。

3 FAKRA同轴电缆对整个传输链路性能的影响

同轴线缆是由两根同轴心、相互绝缘的圆柱形金属导体构成基本单元。其线缆示意见图4。


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图4 同轴线缆结构

在考虑到FAKRA同轴电缆时,通常认为,同轴电缆的插入损耗等于连接器和电缆的损耗之和。本文需要强调,插针和插孔的同心度和接触状态,对同轴电缆插入损耗的影响,“接触不好”会导致同轴电缆插入损耗的增加,同时也可能体现为信号不稳定或者直接开路。判定接触状态的好坏,除了测试公、母连接器对插后的接触电阻之外,还可以测试标准规定的接插保持力,以衡量和判定其接触状态。在ISO20860-2测试项目中明确定义了内、外导体的测试方法。

影响同轴电缆插入损耗的另一个因素,是电缆的工作频率范围。图5为某型号电缆插入损耗的测试曲线,可以看到,在电缆工作带宽“线性频段”之内,插入损耗测试曲线的线性变化,而在带宽之外,测试结果非线性变化,并且在某些频点产生突变,从而给整个链路的信号传输带来不可忽视的影响和后果。


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

图5 电缆的工作带宽之外插入损耗性能突变

4 FAKRA 板端连接器对整个传输链路性能的影响

FAKRA板端连接器相对线端连接器,除了界面处结构存在差异外,比较常见的差异为,公端外导体的端面存在两种设计:绝缘子和空气。这两种界面与母端连接器对插后,会存在性能上的差异。

影响公端板端连接器性能的另外一个重要因素是,在连接器的尾部与PCB板连接的设计。图6为一款内导体平贴在电路板信号线上的板端连接器,图7为板端连接器切除部分外导体后的结构示意图。


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

图6 板端连接器


FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

图7 板端连接器切除部分外导体

为了实现阻抗匹配,这些因素都会影响到信号的传输:板端连接器内导体的根部(靠近连接器绝缘介质的部位)离PCB板的距离、板上信号线的宽度、PCB板的工作带宽、板上信号线两侧开孔的大小。

当工作频率超过一定的阈值时,无论是板端连接器、PCB板,以及相应的焊接参数,都要充分论证,避免高频信号在某些频段产生突变。

5 结论

通过上述内容可以看出,FAKRA同轴电缆在选择时,需要关注电缆和连接器的工作带宽,在整个链路中,每个器件的工作带宽都会对信号传输产生影响。对于同种类别不同厂家的连接器,需要参照产品技术规范确认选型匹配的一致性。

整车线缆实际应用中,对于弯折区域的同轴线缆应用,考虑到传输损耗以及弯折耐久,通常会采用损耗更低,直径更大的专用耐弯折电缆。对于布置在湿区的用电器,通常采用防水防尘的专用FAKRA连接器。对于布置在振动区域,还需考虑满足振动需求的FAKRA连接器。

总之,FAKRA连接器、FAKRA Inline连接器、同轴电缆、PCB板端连接器,都会对整个链路的信号传输造成影响。通过分析和掌握其主要的影响因素,制订相应的设计和测试措施,降低和消除这些影响,从而有利于高频信号传输的可靠性和稳定性。



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