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【摘要/前言】
Samtec Flyover®电缆系统旨在将信号从印刷电路板（PCB）上移出，以改善信号完整性，提升设计灵活性，并优化散热性能。这些产品通过低损耗、低skew的双同轴电缆传输高速信号。它们的工作距离可长达数英尺，同时无需使用外部时钟数据恢复（CDR）或重定时器（Retimer）。
——白皮书概要
本白皮书包含了实测数据和示例，解释了为什么在高速设计中，电缆解决方案可能更好。它还解决了诸如电缆管理和成本等方面的问题。
——作者简介
本文作者是Anthony Fellbaum，作为 Samtec 高级现场应用工程师兼业务拓展经理， 他致力于为客户提供技术咨询和合作，以帮助他们确定最适合其独特应用场景的互连解决方案。他在背板、高速测试设备、射频多路复用器和可编程逻辑器件等领域的设计经验，涵盖了电信、航天、智能手机和ODM行业，使他成为了业内资深的技术专家。Anthony 拥有湖首大学的电气工程学位，并是安大略省专业工程师协会的成员。
本次，我们将分为上中下三期，为大家带来完整版白皮书，并在最后一期提供完整汉化版的下载链接。
【电缆提供更佳性能】
典型 PCB 材料的插入损耗（IL）与频率的关系是众所周知的。相比之下，Samtec Flyover®电缆的损耗明显低于任何 PCB 级别材料。图 1 比较了三种典型PCB 材料和两种美国线规（AWG的 Samtec Flyover®电缆（30 AWG 和 34 AWG）的插入损耗幅度（以 dB 为单位）。为了更容易进行比较，图中显示的是 10 英寸长度的对比。
在图 1 中，对于典型的以 14 GHz 奈奎斯特频率运行的高速信号，传统的 PCB 材料（如黄色所示）损耗很大。因此，设计人员可能会选择更高级别的材料（如图中浅粉色和深粉色所示），其损耗特性明显更好（请注意，温度变化也会显著降低损耗性能）。然而，即使是最好的 PCB 性能也远远低于 Samtec 低skew高速双同轴电缆（图 1 中的绿色 30 线规，蓝色 34 线规）。
在 Samtec Flyover® 系统中，30 AWG 电缆在 28 Gbps PAM4/14 GHz 奈奎斯特下的插入损耗为 1.2 dB，在 56 Gbps PAM4/28 GHz 奈奎斯特下的插入损耗为-1.4 dB。Samtec 34 AWG 电缆在 28 Gbps PAM4/14 GHz 奈奎斯特下的插入损耗为-0.8 dB，在 56 Gbps PAM4/28 GHz 奈奎斯特下的插入损耗为 -1.4 dB。
我们还需注意这些材料在温度和相对湿度下的稳定性（温度图中包含了 20-80%的相对湿度）。如上图所示，PCB 材料的损耗性能随着温度的变化而显著下降。而 Samtec Eye Speed®双同轴电缆由于电缆中使用的电介质具有很低的吸湿性能，因此性能非常稳定。
上述图表仅比较了 PCB 走线与电缆导体。为了建立电缆系统，需要使用连接器。为了全面反映电缆解决方案的损耗情况，图 2 显示了带有添加连接器的插入损耗。该图描述了Samtec 长度为 0.25 米的 NovaRay® Flyover®系统的测量插入损耗性能。您可以注意到互连部分的附加损耗，其中包括连接器的占位和分线区域设计。测试电缆和走线的去嵌入范围延伸至连接器基底面的约 2 毫米处。
【为什么电缆比PCB性能更好呢？】
简单来说，电缆相较于 PCB 传输线提供更好的信号完整性；具体来说，这意味着在给定应用中，Flyover®电缆的损耗特性比 PCB 传输线更好。这种性能的提高主要归因于两个因素：所使用的绝缘（电介质）材料以及导体的电气性能。
Samtec Eye-Speed®双同轴电缆中铜周围的绝缘材料比用于支撑 PCB 传输线的编织材料具有明显更低的相对介电常数（导致电气路径更短），并且损耗因子也低得多，降低了一个数量级（见图 3）。PCB 采用类似于玻璃纤维的高端织物制造，具有出色的电气性能，但其整体电介质特性不如 Eye Speed® 30 欧姆双同轴电缆中使用的含氟聚合物。
与介电常数（Dk）约为 3 的高端 PCB 材料（例如 Megatron）相比，含氟聚合物的介电常数较低，为 2。Samtec 采用专有的含氟聚合物，具有非常低的 Dk 和损耗角正切，与使用类似材料的电缆相比，具有更好的损耗性能。Samtec 不断在其电缆产品中推进电介质材料和性能的最新技术，比如其 Eye Speed®超低skew双同轴产品。
Samtec 的超低skew双同轴电缆比 PCB 传输线具有更好的损耗特性的另一个原因是导体的尺寸。典型的高速走线，根据走线宽度，其横截面积约为 20 mil²（在本例中，每个导体宽度为 10 mil，高度为 2.5 mil），但 Samtec 最受欢迎的 30 AWG 双同轴规格电缆的横截面积约为 100 mil²（每个导体直径为 0.010 英寸）。
这几乎是高速走线相对横截面积的 8 倍，结果是同等长度的导体中 Samtec Flyover®电缆的插入损耗显著降低。考虑到趋肤效应会导致高速信号使用导体的外周，随着频率的升高，导体尺寸变得更加重要。
此外，Samtec 高速电缆使用银镀层，其导电性能显著优于铜，从而在高频下实现更低的插入损耗。电缆导体采用压延铜，与蚀刻PCB走线相比，表面粗糙度要低得多。所有这些因素在高频传输中都起着重要作用。
对于PCB材料而言，除了材料固有的电气特性外，电介质的编织结构也会影响数据速率低的信号，因为编织会形成微米级信号。这被称为纤维编织skew。随着数据速率和/或频率的增加，纤维编织skew的影响将更大。
为了提高信号完整性并避免纤维编织skew的影响，PCB制造商不断创造出编织更紧密的新型高端材料。但设计人员仍必须关注其走线角度，并尽可能地补偿几何限制。
相比之下，Samtec Flyover®电缆采用挤塑工艺制造，因此铜周围的电介质是均匀的材 料，没有编织或纹理（见图 4）。这会在导体周围形成均匀的材料，以保持信号的完整性。例如，使用 Samtec Eye Speed® 电缆，线对内偏移<0.5 ps（以米为单位测量）。
所以为什么电缆比PCB更好呢？更好的电介质、共挤技术，以及更大、镀银、表面粗糙度较低的导体的组合，使得Samtec的超低skew双同轴电缆中的高速信号损耗性能明显优于 PCB 走线。
【小 结】
本文为系列第一期，引出了对于电缆的深度思考，在后续两篇中，我们将讨论电缆如何降低设计复杂性、电缆如何改善热管理、如何利用Flyover®优化设计等实践话题，并提供完整版的下载渠道。
