高速線(xiàn)纜市場(chǎng)概況

 

近年來(lái)，全球電線(xiàn)電纜產(chǎn)品向以中國為主的亞太地區轉移，中國電線(xiàn)電纜行業(yè)市場(chǎng)規模迅速壯大。數據顯示，2015-2019年我國電線(xiàn)電纜銷(xiāo)售收入總體呈增長(cháng)態(tài)勢，2019年電線(xiàn)電纜銷(xiāo)售收入達1.4萬(wàn)億元，同比增長(cháng)21.70%。隨著(zhù)電線(xiàn)電纜行業(yè)規模將不斷增加，國內電線(xiàn)電纜市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。

 

電線(xiàn)電纜應用十分廣泛，是信息和電力傳輸的紐帶，是其他產(chǎn)業(yè)的配套行業(yè)，已經(jīng)廣泛應用在人們的生產(chǎn)和生活當中，關(guān)系到科技的發(fā)展，人類(lèi)的進(jìn)步，市場(chǎng)容量大。中國的電線(xiàn)電纜行業(yè)經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，產(chǎn)值過(guò)萬(wàn)億并且成功超過(guò)美國，成為全球產(chǎn)值第一的產(chǎn)業(yè)。隨著(zhù)國家十四五戰略的實(shí)施以及 5G 時(shí)代的來(lái)臨，新一代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新能源汽車(chē)以及智慧城市的打造，智慧生活的來(lái)臨，必然給電線(xiàn)電纜行業(yè)帶來(lái)潛在的市場(chǎng)空間，這就需要我們對于使用的高速線(xiàn)纜進(jìn)行更加深入的研究和設計。

 

圖1 2015-2019年電線(xiàn)電纜行業(yè)銷(xiāo)售收入及增速（單位：萬(wàn)億元，%）

（來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理）

 

高速線(xiàn)纜仿真面臨的挑戰

 

1 高速線(xiàn)纜種類(lèi)增加

 

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，高速線(xiàn)纜的種類(lèi)在不斷增多。針對不同類(lèi)型的高速線(xiàn)纜，在設計的時(shí)候，首先需要能夠進(jìn)行快速建模。無(wú)論是支持多種不同類(lèi)型的線(xiàn)纜還是支持同種線(xiàn)纜的不同物理參數，手工建模都是十分繁瑣的。這不但要求設計者熟悉線(xiàn)纜的相關(guān)物理參數，還要熟悉各種線(xiàn)纜的結構。在建模時(shí)如果能有一種方法能快速建立不同的線(xiàn)纜模型，同時(shí)能夠利用參數化設置線(xiàn)纜的物理參數，就能快速提升線(xiàn)纜建模效率，并且減少手工建模帶來(lái)的誤差。

 

2 線(xiàn)纜需要在系統中協(xié)同仿真

 

如果只是線(xiàn)纜的仿真結果正確，并不能保證線(xiàn)纜在系統中的性能也滿(mǎn)足需求?；ミB鏈路上任何一個(gè)環(huán)節的故障都可能影響整個(gè)系統工作的效率以及穩定性，對于測試人員需要花費更多的成本去發(fā)現問(wèn)題、定位問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。這就需要在仿真的同時(shí)，能夠考慮到連接器、PCB等多個(gè)系統的模塊，進(jìn)行協(xié)同設計。如果有一種方法將鏈路中多個(gè)組成部分進(jìn)行快速級聯(lián)協(xié)同仿真，就可以更好的保證整個(gè)系統的可靠性。

 

3 加工偏差對設計帶來(lái)的影響

 

仿真能夠相對準確的預見(jiàn)到系統設計中的信號影響，但是在加工過(guò)程中，往往會(huì )有一些加工偏差，這樣的偏差對設計帶來(lái)的影響是不可預見(jiàn)的，這就需要我們能在一定的限度內，把這些偏差帶來(lái)的影響考慮進(jìn)去，給與一定的冗余量，這樣才能保證系統的可靠性。在設計中，將線(xiàn)纜的物理量參數進(jìn)行細微調整，需要花費大量建模時(shí)間。如果能夠快速調整建模，可以加速設計，減少工作量。

 

綜上所述，在高速線(xiàn)纜的設計中我們將面臨“高速線(xiàn)纜種類(lèi)增加，線(xiàn)纜需要在系統中協(xié)同設計，加工偏差對設計帶來(lái)的影響”等諸多挑戰。接下來(lái)，我們將為您介紹芯和高速線(xiàn)纜解決方案是如何解決上述難題的。

 

芯和半導體高速線(xiàn)纜仿真解決方案

 

高速線(xiàn)纜設計在仿真的初期，需要能夠快速根據物理參數建立相應的模型。在雙軸線(xiàn)纜、同軸線(xiàn)纜、雙絞線(xiàn)等模型中，要針對外層膠皮厚度、線(xiàn)纜長(cháng)度、銅芯直徑、介質(zhì)厚度等物理參數做出不同的設計。在高速設計中，這些物理量所帶來(lái)的電磁效應不可忽略。在后期仿真時(shí)，線(xiàn)纜也要與連接器、PCB等做聯(lián)合仿真，這樣才能保證高速系統中信號的可靠性。芯和半導體提供了一整套關(guān)于高速線(xiàn)纜仿真的解決方案（見(jiàn)圖2），包含線(xiàn)纜建模與仿真、高速鏈路協(xié)同仿真。軟件通過(guò)自動(dòng)化的仿真流程，為工程師提供了更大的靈活性。

 

圖2 芯和線(xiàn)纜仿真工具CableExpert 仿真流程與鏈路工具ChannelExpert仿真流程

 

1 高速線(xiàn)纜的無(wú)源結構建模仿真

 

設計者可以借助芯和線(xiàn)纜仿真工具CableExpert內置的線(xiàn)纜模板（如雙軸線(xiàn)纜、同軸線(xiàn)纜、雙絞線(xiàn)、LVDS等）（見(jiàn)圖3），快速選擇需要的線(xiàn)纜類(lèi)型。線(xiàn)纜模板均以參數化的建模方式呈現（見(jiàn)圖4），方便了設計者以精確的參數進(jìn)行建模，既節省了時(shí)間，又防止手動(dòng)建模中出現的誤差。在CableExpert中，設計者能夠方便快捷的進(jìn)行疊層和材料的設置，并能夠自動(dòng)添加端口，為整個(gè)建模和仿真流程提供了極大的便利性。

 

圖3 支持線(xiàn)纜的種類(lèi)

 

圖4 參數化建設

 

2 線(xiàn)纜在系統中的協(xié)同仿真

 

設計者可以通過(guò)芯和高速鏈路工具ChannelExpert，將線(xiàn)纜、連接器、PCB等系統內的各個(gè)部分進(jìn)行協(xié)同仿真，將S參數結果進(jìn)行快速級聯(lián)（如圖5）。對于測試人員可以減少花費在檢測中的時(shí)間，并能夠快速得到整個(gè)鏈路中信號的質(zhì)量。這樣才能保證線(xiàn)纜在整個(gè)系統中的可靠性。

 

圖5 ChannelExpert中進(jìn)行鏈路協(xié)同仿真

 

3 不同加工偏差的設計

 

設計者可以在CableExpert中，將相應的參數進(jìn)行調整，以應對加工過(guò)程中帶來(lái)的一些加工偏差，這樣的偏差往往是不可預見(jiàn)的，這就需要我們把這些偏差帶來(lái)的影響考慮進(jìn)去，在仿真過(guò)程中給與一定的冗余量，這樣才能保證系統的可靠性?？焖俚膮祷２坏珳p少了手動(dòng)建模的誤差，也可以讓設計者在對比不同的結果時(shí)，選取最合適的參數。

 

圖6 PE致敬分別為25mil、35mil、45mil參數仿真結果對比

 

總結

 

本文介紹了高速線(xiàn)纜設計中面臨的多種挑戰，即高速線(xiàn)纜種類(lèi)的增加、線(xiàn)纜需要在系統中協(xié)同仿真、加工偏差對設計帶來(lái)的影響。芯和半導體針對這些挑戰，推出了高效高速線(xiàn)纜仿真解決方案：借助芯和半導體自主產(chǎn)權的CableExpert、ChannelExpert等軟件工具，幫助設計者實(shí)現高速線(xiàn)纜的無(wú)源結構建模仿真，線(xiàn)纜在系統中的協(xié)同仿真、不同加工偏差的設計。幫助設計者優(yōu)化設計方案，規避潛在的風(fēng)險，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

 

 

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