TW202036603A - 用於高電阻應用之纜線設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於進行高電阻測量之通訊電纜，其包含複數條線束，每條線束包含一6a類銅導體雙絞線和一金屬箔屏蔽，各條雙絞線中的該等銅導體中之一者係作為訊號線，及各條雙絞線中的該等銅導體中之另一者係接地，從而作為雜訊接地；一編織接地金屬護套，其圍繞該複數條雙絞線的線束；以及一經接地的屏蔽，其用作為一外部套管，藉此該電纜係三重接地。

Description

用於高電阻應用之纜線設備
本申請案主張2019年1月22日申請、標題為「用於高電阻應用之纜線設備」之第62/795,336號臨時申請案的權益，將其全部內容透過引用收錄於此。
本發明係有關於一種用於電氣測量的設備。
在高電阻的測量中，通常必須能夠測量低電流到極低電流，有時候只有些許毫微微安培（fA）或甚至更低，以便無須使用過高的電壓，過高的電壓可能傷害到電子產品和其操作者。在這樣的低電流下，必須進行廣泛的預防措施以將雜散電流（雜訊）降至最低，以便進行可靠的測量。這是因為典型被認為是非導電性的材料具有數百百萬歐姆（megaohm）到些許十億歐姆（gigaohm）的電阻，而這樣對於普通應用是可以視為非導電性的。當測量的電阻遠高於此時，安培計或靜電計（以下稱為「儀表」）必須具有非常高的輸入電阻，通常大於100兆歐姆（＞100TΩ）。這導致了不幸的副作用，亦即，待測量的電流的「最小電阻路徑」什麼都是，但就不是所期望的訊號路徑。這導致須實行極端隔離手段以連接受測裝置（DUT）和儀表。 連接DUT例如印刷電路板（PCB）進行表面絕緣電阻（SIR）等可靠性測試的主要方法有兩種。第一種方法是使用三軸電纜（「triax」），其被認為是高電阻測量的「黃金標準」。三軸電纜的每根電纜係由三種不同的導體構成。典型的三軸電纜的示意圖如圖1所示。首先，具有中心導體，其承載低電流訊號。這是位在電纜的中心。接著，具有絕緣層，其通常是聚四氟乙烯（PTFE）。下一層，即內屏蔽，是使三軸電纜具有最低洩漏電流和雜訊的一層。此內屏蔽保持與儀表的訊號相對於接地的相同電位（電壓）。其目的是電流只能在不同電位的區域之間流動。由於中心導體和內屏蔽之間幾乎沒有電位差，因此沒有電流流過絕緣體。然後，具有另一層絕緣層，通常也是PTFE。接下來是外屏蔽，其接地。此導體的目的是防止外部電流源在中心導體中感應電流。最後還有一層絕緣層，即外部護套。
此問題的另一種常用解決方案是帶狀電纜或多線平面電纜。 如果使用適當絕緣類型和品質的帶狀電纜，則可以實現足夠高的電阻，從而可以測量低電流。
在設備的預期應用中，電纜係連接多個DUT。本發明的設備配置了容易取得、便宜、經屏蔽且相當容易以適當方式進行佈線的標準通訊電纜。需要採取特定的預防措施，以使其適應於比其預期用途更苛刻的應用。本發明使用一對標準6a類網路電纜和標準金屬編織電纜管理護套。此纜線設備允許從可容易取得的電纜類型中測量高達約10 TΩ的電阻。
本發明係一種用於進行高電阻測量之通訊電纜，其包含複數條線束，每條線束包含一6a類銅導體雙絞線和一金屬箔屏蔽，各條雙絞線中的該等銅導體中之一者係作為訊號線，及各條雙絞線中的該等銅導體中之另一者係接地，從而作為雜訊接地；一編織接地金屬護套，其圍繞該複數條雙絞線的線束；以及一經接地的屏蔽，其用作為一外部套管，藉此該電纜係三重接地。
圖2顯示包含複數條6a類雙絞線電纜10的電纜組件。當在本發明中使用時，雙絞線中每對電線中的一根電線12係使用作為電流訊號。該對中的另一根電線14係連接到與儀表相同的接地電位。6a類標準具有成對的電線以使兩者之間的雜訊和串音最小化的方式纏繞而成。雙絞線10的每根電線係被絕緣體20包圍。藉由將另一根電線接地，其基本上用作為屏蔽。連接至鋁箔屏蔽18的洩流線16係用作為副屏蔽，並且也連接至儀表接地。為了獲得適當的低洩漏電流連接，需要以相同的方式使用第二條6a類電纜。這兩條6a類電纜接著被放入一標準編織金屬電纜管理護套中。此金屬護套係連接到儀表接地。為了進行測量，諸如需要進行許多測量的SIR測量，該兩條6a類電纜中之一條提供正電壓，而另一條提供負電壓。然後儀表可以在適當的電線對之間切換。圖2顯示具有四對線電纜化接在一起（four pairs cabled together）的芯22。電纜係被一護套24包圍。該外部護套或外部套管24係由PTFE、尼龍聚乙烯、PVS、PET、PEEK、ABS、或聚丙烯製成。
這種配置減少了外來串音，其係由電纜中相鄰導體所引起的干擾。外來串音是兩種成分的組合：外來近端串音（NEXT，Near End Cross Talk）和外來遠端串音（FEXT，Far End Cross Talk）。這些是會電容性地耦合到電流訊號中的雜訊類型。這些情況下的雜訊量係與下列成正比： 與每條訊號線的反距離； 電線的長度（技術上的阻抗）； 頻率； 振幅。
本纜線設備藉由四種主要方法來減緩這些問題： 訊號線的屏蔽（由6a類和許多其他通訊電纜中的鋁箔屏蔽所提供）。
將訊號與訊號源分開。這是藉由使用兩條6a類電纜來提供。 降低雜訊的振幅。這是藉由將每條雙絞線中的一根導體接地來實現。這為外來串音的流動提供了低阻抗路徑。
藉由使用雙絞線，當每根電線的感應電流在另一根電線中感應出反向電流時，感應雜訊就被抵消了。
出於例示和說明的目的已經提出本發明的前述說明。其並未打算詳述或將本發明限制在所揭示的精確形式，並且根據以上教示，其他修改和變型是可能的。
具體例的選擇和說明是為了最好地解釋本發明的原理及其實際應用，從而使本領域的其他技術人員能夠以各種具體例和適於所預期之特定用途的各種修改而最好地利用本發明。除了受限於先前技術之外，意圖將隨附的申請專利範圍解釋為包括本發明的其他替代具體例。
10:雙絞線 12:電線 14:電線 16:洩流線 18:鋁箔屏蔽 20:絕緣體 22:芯 24:護套、套管
圖1是典型的三軸電纜的縱向截面圖；及
圖2是本發明之電纜組件的橫向截面圖。
10:雙絞線
12:電線
14:電線
16:洩流線
18:鋁箔屏蔽
20:絕緣體
22:芯
24:護套、套管

Claims (10)

  1. 一種用於進行高電阻測量之通訊電纜，其包含： a.複數條線束，每條線束包含一6a類銅導體雙絞線和一金屬箔屏蔽，各條雙絞線中的該等銅導體中之一者係作為訊號線，及各條雙絞線中的該等銅導體中之另一者係接地，從而作為雜訊接地； b.一編織接地金屬護套，其圍繞該複數條雙絞線的線束；以及 c.一外部套管， 藉此該電纜係三重接地。
  2. 如請求項1之通訊電纜，其中，該等6a類銅導體雙絞線中之每一者： a.在該條雙絞線的電線中具有一條用於訊號連續性的有色股線，並使用其未使用之以相反色股線絞成的匹配雙絞線作為其經接地的屏蔽， b.使用該6a類線束內的內部接地屏蔽作為該6a類線束雙絞線內的額外接地屏蔽， c.使用一編織套管作為額外屏蔽以將該6a類線束雙絞線整個套住。
  3. 如請求項2之通訊電纜，其中，該等6a類雙絞線電纜線束中之每一者具有一外部套管。
  4. 如請求項3之通訊電纜，其中，該外部套管係接地並使該等線束接地。
  5. 如請求項4之通訊電纜，其中，該外部套管包含一傳導材料。
  6. 如請求項5之通訊電纜，其中，該傳導材料係銅、不鏽鋼或鋁。
  7. 如請求項5之通訊電纜，其中，該傳導材料包含一母線（bus wire）。
  8. 如請求項3之通訊電纜，其中，該外部套管係未接地。
  9. 如請求項8之通訊電纜，其中，該外部套管包含PTFE、尼龍聚乙烯、PVS、PET、PEEK、ABS、或聚丙烯。
  10. 如請求項1之通訊電纜，其包含四條該等線束。
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