FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

2021年4月15日
评论
1,135 2771字

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。

FAKRA同轴线缆在车载信号传输中的影响分析和应对

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。

本文转载自《汽车电器》杂志2020年11期

推荐阅读:

一文搞懂HSD与FAKRA的性能和测试要求

FAKRA连接器互配对电性能的影响

连接器标准LV214的基本介绍及标准下载

线束的USCAR标准介绍及资源下载

weinxin
立即关注公众号:
1、免费领取线束设计资料包(资源); 2、进入线束技术交流专家群(进群);3、免费获取发布求职招聘信息。
浅谈线束外防护包扎物选择 产品开发

浅谈线束外防护包扎物选择

线束包扎物也叫做线束外防护,是用来保护线束的。线束外防护主要包括波纹管,套管,胶带,支架等,根据材料不同又可以分出多个子分类,比如PVC胶带,耐磨胶带,绒布胶带等等。本文主要介绍线束包扎物,外防护的选...
简单谈谈LV214与USCAR2的差异 产品开发

简单谈谈LV214与USCAR2的差异

欧洲汽车连接器标准为LV214,美国的汽车连接器标准为USCAR2,这两个标准在连接器行业成统治地位,本文简单聊一下LV214与USCAR2的差异。 在全球经济中,我们在欧洲,美国的道路上看到许多相同...
一文看懂线束压接点Splice的设计 产品开发

一文看懂线束压接点Splice的设计

线束压接点,有的叫做打卡点,接点,splice点,压接点的设计对整车电气功能的稳定性,线束的成本影响很大,本文就压接点的设计展开讨论。 压接点的定义 线束压接点是指线束中2根以上电线铰接的连接点。 如...
界面气隙是什么,怎么杜绝 产品开发

界面气隙是什么,怎么杜绝

电动车高压连接器的耐高压性能设计主要包括爬电距离、界面气隙和绝缘材料等方面。当中的界面气隙是指什么呢? 为了满足电动车高压连接器的设计要求,必须通过结构设计和材料选择使高压连接器的各个部分均具有足够的...
匿名

发表评论

匿名网友 填写信息