TW201719684A - 可改善串音干擾的可撓性電纜結構 - Google Patents

可改善串音干擾的可撓性電纜結構 Download PDF

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Abstract

本發明係提供一種可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其包括：複數電訊導體，其係呈分離之佈設，用以發送差分信號；二支撐件，該二支撐件係分別設於該電訊導體之兩側邊；至少一填充料件，其係設於該複數電訊導體之間；該填充料件與該等支撐件的等效介電常數其比值在0.39~0.27，且該填充料件與該等支撐件的厚度其比值在1.49~1.37；如此一來，其能消除可撓性電纜(FFC)信號傳輸之時間延遲而得以抑制諧振之振鈴噪聲(ringing noise)及提升振幅量測之眼高(Eye Height)，進而達到有效抑制串音干擾及提升信號傳輸品質。

Description

可改善串音干擾的可撓性電纜結構
本發明係有關於一種可撓性電纜結構，尤指一種針對可撓性電纜(FFC)之填充材料與支撐片兩者等效介電參數、厚度之比例調整，使有效消除串音雜訊及共振干擾現象之可改善串音干擾的可撓性電纜結構。
按，由於現代電子(電腦)設備其功能日益強大，為符合較高密度和數據速率的系統要求，有關電訊之連接及傳遞常用一種可撓性電纜/卡片式柔性扁平排線(FFC/Flex Flat Cable)來進行。可撓性電纜(FFC)是一種採用PET或其他絕緣材料和極薄的鍍錫扁平銅線通過自動化設備生產線壓合而成的新型數據線纜，其具有柔軟、隨意彎曲折疊、厚度薄、體積小、連接簡單、拆卸方便及易解決電磁屏蔽(EMI)等優點，因此，可撓性扁平電纜(FFC)最適合於移動部件與主板之間、板對板之間、小型化電器設備中作數據傳輸線纜之用，並通過PCB板上的連接器與PCB板連接，而得以廣泛應用於各種打印機打印頭與主板之間的連接，繪圖儀、掃描儀、複印機、音響、傳真機、各種視頻系統及車載設備等產品的信號傳輸板板連接。
一般可撓性電纜(FFC)其使用上會以鋁箔黏貼於電纜表面及使用導電銀墨於金屬導線，但此屏蔽構成主要係為了解電磁輻射(EMI)問題，對於可撓性扁平電纜(FFC)因接地線不完美之共振效應所產生之串音干擾(crosstalk)並無法解決。且由於可撓性扁平電纜(FFC)導線間距小，使其串音干擾更為明顯，而從串音干擾所引起的共振效應也降低了信號質量，故其應用於更高速訊號連接時，常使傳輸訊號失真，導致其顯示電信數位信號之眼圖(eye pattern)其眼高與眼寬無法符合工業標準，顯有加以改善 之必要。因此，如何解決習知可撓性電纜(FFC)無法有效降低其串音干擾、傳輸訊號失真之該等缺失問題，誠是業者應加以研發、突破之重點方向。
緣此，本發明人有鑑於習知可撓性電纜(FFC)其使用上之缺失問題及其構成設計未盡理想之事實，即著手研發構思其解決方案，希望能開發出一種能具體消除時間延遲差、有效抑制串音干擾及提升信號傳輸品質之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，以服務社會大眾及促進此業之發展，遂經多時之構思而有本發明之產生。
本發明之目的係在提供一種可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其能消除可撓性電纜(FFC)信號傳輸之時間延遲而得以抑制諧振之振鈴噪聲(ringing noise)及提升振幅量測之眼高(Eye Height)，進而達到有效抑制串音干擾及提升信號傳輸品質者。
本發明之再一目的係在提供一種可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其能藉由可撓性電纜(FFC)之填充材料與支撐片兩者主要的差分模態的等效介電參數之比值，與透過調整厚度之比值方式，使其無因共振產生的串音問題，使大為提升其信號傳輸品質。
本發明為了達成上述目的，其所採用之技術手段包括有：複數電訊導體，其係呈分離之佈設，用以發送差分信號；二支撐件，該二支撐件係分別設於該電訊導體之兩側邊；至少一填充料件，其係設於該複數電訊導體之間；前述構成，該填充料件與該等支撐件的等效介電常數其比值在0.39~0.27，且該填充料件與該等支撐件的厚度其比值在1.49~1.37；如此一來，藉由以上構成，可有效消除串音干擾。
前述構成，其中該填充料件與該支撐件的等效介電常數其比值在0.36~0.30。
前述構成，其中該填充料件與該支撐件的等效介電常數其比值在0.34~0.33。
前述構成，其中該填充料件的厚度和該支撐件的厚度其比值在1.46~1.40。
前述構成，其中該填充料件的厚度和該支撐件的厚度其比值在1.49~1.37。
前述構成，其中該填充料件與該支撐件的等效介電常數其比值在0.34~0.33，且該填充料件與該等支撐件的厚度其比值在1.43~1.32。
前述構成，其中該支撐件係為聚酯(polyester)所形成。
茲為使 貴審查委員對本發明之方法特徵及所達成之功效更有進一步之了解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：
10‧‧‧可撓性電纜
12、12A、12B、12C、12D‧‧‧電訊導體
14‧‧‧支撐件
16‧‧‧支撐件
18‧‧‧支撐端帶
20‧‧‧支撐端帶
22‧‧‧裸端部
24‧‧‧裸端部
26‧‧‧填充料件
100A‧‧‧電場
100B‧‧‧電場
100C‧‧‧電場
第1a圖為本發明之上視示意圖。
第1b圖為本發明之側視示意圖。
第2a圖為本發明之差分對配置實施例之剖視示意圖。
第2b圖為第2a圖將一接地線取代為信號線實施例之剖視示意圖。
第3圖為本發明之差分對配置實施例之具較厚填充料件之剖視示意圖。
第4a-4c圖為第2b圖不同電場(electric fields)態樣之剖視示意圖。
第5圖為本發明不同尺寸下的時間延遲示意圖。
第6a-6c圖為本發明實施例態樣一至實施例態樣三之眼圖示意圖。
請參閱第1a、1b圖，係分別為本發明可改善串音干擾的可撓性電纜結構之上視、側視示意圖，該些圖式(下同)均為簡化之示意圖，其僅 以示意方式說明本發明之基本結構，且所顯示之構成繪製並未限定相同於實際實施時之形狀、構成而可為一種選擇性之設計。如圖所示，本發明之可撓性電纜10(FFC/Flex Flat Cable)係包括有複數電訊導體12及設於該電訊導體12兩側之支撐件14、支撐件16，該複數電訊導體12係呈分離之佈設，而該支撐件14、支撐件16係可為聚酯(polyester)，且該支撐件14、支撐件16之端邊遠離該電訊導體12之表面上係分別設有一支撐端帶18、支撐端帶20，該支撐端帶18、支撐端帶20係呈上下之兩端相對狀態，即，該支撐件14、支撐件16於縱長方向並未完全覆蓋住該電訊導體12，而使該電訊導體12於一端(相對該支撐端帶18、支撐端帶20)表面上具有一裸端部22、裸端部24，該裸端部22、裸端部24使可撓性電纜10(FFC)之兩端上下可露出該電訊導體12，用以達成對接時之電信導接。而於圖式中，W和L分別表示可撓性電纜10(FFC)的寬度和長度，Cw和Ct係分別表示為該電訊導體12之寬度和厚度，P為相鄰電訊導體12其中心至中心之間距(pitch)，Tp表示該支撐件14、支撐件16(聚酯)的厚度。
請一併參閱第2a圖，係本發明該可撓性電纜10(FFC)之差分對(differential pair)配置實施例之剖視示意圖，用以說明藉該可撓性電纜10(FFC)以發送差分信號，該可撓性電纜10(FFC)包括有電訊導體12、12A、12B、12C及12D，其中，該位於內側之電訊導體12B、電訊導體12C係作為信號線，而位於該電訊導體12B、電訊導體12C兩外側之電訊導體12A、電訊導體12D係作為接地線；再者，該電訊導體12之間係設有填充材料形成之填充料件26，如圖式中該電訊導體12A和電訊導體12B之間、電訊導體12B和電訊導體12C之間、電訊導體12C和電訊導體12D之間皆設有該填充料件26(填充材料)，而Ft為該填充料件26(填充材料)之厚度。
請參閱第2b圖，其為第2a圖其將一電訊導體12A取代為信號線實施例之剖視示意圖，即該可撓性電纜10(FFC)之電訊導體12A、12B、12C係分別為信號線，而該電訊導體12D係設為一參考線(reference)，使形成一個非對稱式的三線結構(asymmetrical three-line structure)，同樣地，該電訊導體 12之間係設有該填充材料形成之填充料件26。
又如第3圖所示，該可撓性電纜10(FFC)於該兩側之支撐件14、支撐件16間係設有該電訊導體12(12A、12B、12C及12D)及填充料件26(填充材料)，其中，該填充料件26(填充材料)係具有較大之厚度(Ft)。
繼參閱第4a、4b及4c圖，用以說明顯示如第2b圖之可撓性電纜10(FFC)的不同電場(electric fields)態樣，其中，第4a圖與第4b圖其相對中間面區域之電場100A、電場100B是相反的(反對稱)，此可以視為兩個差分模式(differential mode)，在4a圖中可撓性電纜10的電場態樣我們稱為差分信號模式1，在4b圖中可撓性電纜10的電場態樣我們稱為差分信號模式2；而第4c圖可視為一共同模式(common mode)，其相對中間面區域之電場100C是呈對稱性的。
差分信號在高速傳輸下會造成導線傳輸的時間延遲(time delay)，當時間延遲越小，則共振效應越小，使得串音干擾降低，反之，當時間延遲越大，則共振效應越大，使得串音干擾增加；本發明即藉由調整可撓式電纜之填充材料與支撐片兩者的等效介電參數之比值，且透過調整厚度之比值等方式，使其因時間延遲最小化，使共振效應變小，降低串音干擾，可大為提升其信號傳輸品質。
依照本發明之部份發明人：黃詩雅(HUANG,SHIH-YA)、劉家驄(LIU,CHIA-TSUNG)、吳瑞北(WU,RUEY-BEEI)於2015年8月發表於期刊：IEEE Transaction(Volume：5，Issue：8)之論文：[Ringing Noise Suppression for Differential Signaling in Unshielded Flexible Flat Cable無遮蔽可撓性電纜之差分信號振鈴噪音抑制]，通過電感矩陣和電容矩陣的相乘可導出時間延遲(time delay)，該時間延遲公式為：
其中TDn為時間延遲，Lm,nn代表電感矩陣，Cm,nn代表電容矩陣，m,n代表矩陣的分量，n{1,2}，m{1,2}，{1,2}代表差分信號模式1(如4a圖中所示)與差分信號模式2(如4b圖中所示)的集合。
為了尋找以何種條件可以讓時間延遲最小化，應用上述時間延遲公式，申請人在不同的填充料件26等效介電常數、不同的支撐件14、支撐件16等效介電常數下，以不同填充料件26厚度值對比支撐件14、支撐件16(聚酯/polyester)的厚度值，進行超過一萬次的時間延遲模擬，其結果如第5圖所示，該第5圖之每條曲線係代表不同的時間延遲(Difference of Time Delay,ns/m)，其水平軸係代表該填充料件26(填充材料)的一半厚度值(Half Thickness of Filled Material,Ft/2,μm)，其垂直軸係代表該支撐件14、支撐件16(聚酯/polyester)的厚度值(Thickness of Polyester,Tp,μm)，而線廓圖中的值是以納秒/米(ns/m)為單位。
由第5圖可看出，為了讓時間延遲最小化，以消除共振效應，在圖中灰色部份的條件，能使時間延遲由-0.1納秒/米到0.1納秒/米，係為最佳條件；當該填充料件26與該支撐件14、支撐件16之厚度由最小逐漸增大時，時間延遲為逐漸變小，然而當該填充料件26與該支撐件14、支撐件16之厚度更增大時，時間延遲轉為負值，並且其絕對值逐漸變大。
本發明可改善串音干擾的可撓性電纜結構以三種不同尺寸的實施例態樣(case1、case 2及case 3)來進行說明，其中，實施例態樣二(case2)為較佳實施例，其落在第5圖中間灰色部分)，而實施例態樣一(case1)(其落在第5圖左下部分)、實施例態樣三(case 3)(其落在第5圖右上下部分)為對比實施態樣，並將其結果、線廓區域圖標示在第5圖中。如表1 FFC構成尺寸所示，該可撓性電纜10(FFC)其電訊導體12的寬度(Cw)和厚度(Ct)分別為300微米(μm)和100微米(μm)，該填充料件26(填充材料/聚酯)和支撐件(14、16)的介電常數分別約是3.6和1.2，電訊導體12之間的間距(Pitch)為500微米(μm)以及其長度為243毫米(mm)，而三種實施例態樣(case1、case 2及case 3)不同的尺寸包括如第3圖所示之具較大填充料件26(填充材料)厚度(Ft)，或如第2圖所示之相對原本厚度尺寸之可撓性電纜10(FFC)；而雖然其填充料件26(填充材料)厚度不同，但其電訊導體12(信號線/12A、12B、12C)皆係設於在中間區域。其中：
實施例態樣一(case1)：該支撐件(14、16)的厚度為60μm，填充料件26(填充材料/聚酯)的厚度的一半(Ft/2)為50μm；如第5圖所示，其時間延遲為大約是0.5納秒/米；本發明也以Keysight之ADS(Advanced Design System先進設計系統)模擬軟體模擬實施例態樣一(case1)、實施例態樣二(case2)、實施例態樣三(case3)之眼圖，如第6a圖、第6b圖、第6c圖所示，以評估各實施例態樣對受到干擾與信號失真的程度；如第6a圖所示，其係實施例態樣一(case1)眼圖之眼高(eye height)，該眼高(eye height)為0.236伏(V)。
實施例態樣二(case2)：該支撐件(14、16)的厚度為175μm，填充料件26(填充材料/聚酯)的厚度的一半(Ft/2)為125μm；如第5圖所示，其時間延遲為小於0.1納秒/米，其時間延遲為最小，因此實施例態樣二(case2)為最佳之設計；此時填充料件26(填充材料/聚酯)和支撐件(14、16)的介電常數分別約是3.6和1.2，亦即該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的等效介電常數其比值在0.33~0.34；此時該支撐件(14、16)的厚度為175μ m，填充料件26(填充材料/聚酯)的厚度的一半(Ft/2)為125μm，該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的厚度其比值在1.43~1.42；此外，實施例態樣二(case2)如第6b圖所示，其眼圖之眼高(eye height)是0.304伏(V)，由於降低共振效應，其眼高相對實施例態樣一(case1)提高28.8%，更可看出實施例態樣二(case2)其受到的干擾與信號失真幅度都達到最小。
實施例態樣三(case3)：該支撐件(14、16)的厚度為350μm，填充料件26(填充材料/聚酯)的厚度的一半(Ft/2)為200μm；如第5圖所示，其時間延遲差(time delay difference)大約是0.5納秒/米，如第6c圖所示，其眼圖之眼高(eye height)是0.248伏(V)，由於增加共振效應，其眼高相對實施例態樣二(case2)降低22.5%。
由以上之分析，本發明可改善串音干擾的可撓性電纜結構其應用於差動訊號傳輸線進行訊號傳輸，可藉由調整可撓式電纜之填充材料與支撐片兩者的等效介電參數之比值，並透過調整厚度之比值等方式，使其因時間延遲最小化，使共振效應變小，降低串音干擾，經歸納後可得出那利用該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的等效介電常數其比值在0.34~0.33，且該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的厚度其比值在1.43~1.42時，其時間延遲最小，可最佳消除串音雜訊，並最佳消除共振干擾現象。
不過，該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的等效介電常數其比值亦可略為放寬為0.36~0.30，亦可稍佳的消除串音雜訊；進一步的，若該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的等效介電常數其比值再放寬為0.39~0.27，亦可良好的消除串音雜訊。
另外，該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的厚度其比值亦可略為放寬為1.46~1.40，亦可稍佳的消除串音雜訊；進一步的，若該填充料件26(填充材料/聚酯)與該支撐件(14、16)的厚度其比值再放寬為1.49~1.37，亦可良好的消除串音雜訊。
本發明可改善串音干擾的可撓性電纜結構藉由前述構成，其能藉由可撓性電纜(FFC)之填充材料與支撐片兩者的等效介電參數之比值，且透過調整厚度之比值方式，使其無因共振產生的串音問題，使大為提升其信號傳輸品質，並能消除可撓性電纜(FFC)信號傳輸之時間延遲而得以抑制諧振之振鈴噪聲(ringing noise)及提升振幅量測之眼高(Eye Height)，進而達到有效抑制串音干擾及提升信號傳輸品質。
綜上所述，本發明確實為一相當優異之創思，爰依法提出發明專利申請；惟上述說明之內容，僅為本發明之較佳實施例而已，舉凡依本發明之技術手段所延伸之變化，理應落入本發明之專利申請範圍。
10‧‧‧可撓性電纜
12、12A、12B、12C、12D‧‧‧電訊導體
14‧‧‧支撐件
16‧‧‧支撐件
26‧‧‧填充料件

Claims (7)

  1. 一種可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其包括：複數電訊導體，其係呈分離之佈設，用以發送差分信號；二支撐件，該二支撐件係分別設於該電訊導體之兩側邊；至少一填充料件，其係設於該複數電訊導體之間；前述構成，該填充料件與該等支撐件的等效介電常數其比值在0.39~0.27，且該填充料件與該等支撐件的厚度其比值在1.49~1.37；如此一來，藉由以上構成，可有效消除串音干擾。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其中該填充料件與該支撐件的等效介電常數其比值在0.36~0.30。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其中該填充料件與該支撐件的等效介電常數其比值在0.34~0.33。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其中該填充料件的厚度和該支撐件的厚度其比值在1.46~1.40。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其中該填充料件的厚度和該支撐件的厚度其比值在1.49~1.37。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其中該填充料件與該支撐件的等效介電常數其比值在0.34~0.33，且該填充料件與該等支撐件的厚度其比值在1.43~1.32。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可改善串音干擾的可撓性電纜結構，其中該支撐件係為聚酯(polyester)所形成。
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