O cabo coaxial ultrafino versus o FPC: qual é a escolha preferida para transmissão de sinais de alta velocidade?

Na tendência atual de dispositivos eletrônicos que buscam a轻薄化 e alta performance, como é possível realizar transmissão de sinais rápida e estável em espaços limitados, tornando-se um grande desafio para os engenheiros de design. Embora o FPC (circuitos impressos flexíveis) seja amplamente aplicado, muitos fabricantes preferem usar cabos coaxiais microscópicos (micro coaxial cable) em muitos dispositivos de alto nível. Qual é a razão que faz esses cabos microscópicos se destacar na área de transmissão de alta velocidade?

Primeira parte, contexto de aplicação
Com a popularização dos smartphones dobráveis, notebooks leves, dispositivos AR/VR e outros novos produtos eletrônicos, a taxa de transmissão de dados está aumentando constantemente, com mais de 10Gbps se tornando normal. Neste tipo de ambiente de alta velocidade, a indústria geralmente adota duas soluções de conexão interna:
É o FPC (placa de circuito flexível), com a vantagem de custo baixo e fácil布置 de trilhas, mas a capacidade de resistência a interferências em ambiente de alta frequência é limitada.
Segundo, o cabo coaxial extremamente fino é projetado especificamente para canais de sinais de alta velocidade e é frequentemente usado na conexão entre módulos de tela e a placa-mãe. Muitos fabricantes optaram por essa opção, e a razão fundamental para isso é que o cabo coaxial extremamente fino se destaca na resistência à interferência de sinais e no controle da integridade dos sinais.

Segunda, a vantagem de resistência a interferências de cabos coaxiais ultrafinos.
Primeiro, ele possui uma estrutura de completa blindagem. Cada fio de sinal é envolto por uma camada isolante e uma camada de tecido metálico, formando uma cavidade de blindagem independente, o que é equivalente a vestir "armadura de proteção" para cada linha. Este design pode isolar eficazmente a interferência eletromagnética externa, enquanto impede a interferência entre sinais. Enquanto isso, o FPC depende apenas da cobertura de superfície para a proteção, quase não possui capacidade real de blindagem eletromagnética.
Em seguida, o controle da impedância de cabos coaxiais ultrafinos é mais estável. Nos interfaces de alta velocidade como USB4, MIPI DSI, eDP, a consistência da impedância determina diretamente a integridade do sinal. Através do controle preciso do espaço entre o condutor e a camada de blindagem, os cabos coaxiais ultrafinos podem manter a impedância dentro do intervalo de 40~50Ω, reduzindo assim o risco de reflexos e distorções;相比之下, os FPC são afetados significativamente por erros de material e processo durante a fabricação, resultando em variações da impedância notáveis.
Novamente, ele se adapta a ambientes de flexão dinâmica. Aplicações como dobradiças de telas foldáveis, eixos de notebooks, óculos de realidade virtual, etc., têm espaços extremamente apertados, onde os cabos coaxiais finos têm diâmetros tipicamente de 0,3mm a 0,5mm, com excelente flexibilidade, mantendo excelentes propriedades elétricas mesmo após múltiplas flexões. Os FPC são propensos a desenvolver rachaduras ou declínio de desempenho após flexões frequentes.
Finalmente, a taxa de dados suportada é maior. Atualmente, os cabos micro coaxiais de alto desempenho suportam facilmente 10Gbps e taxas de velocidade ainda mais altas, aplicados amplamente em interfaces de vídeo e dados, enquanto os FPC apresentam problemas de attenuação de sinais e amplificação de interferências acima de 5Gbps.
Terceiro, os valores e limitações do FPC.
O FPC ainda mantém uma vantagem no domínio dos sinais de baixa velocidade - estrutura fina e leve, baixo custo, liberdade de布置, por isso é amplamente utilizado em cenários não de alta velocidade, como sinais de controle e linhas táteis. Mas, em ambientes de alta frequência e alta velocidade, sua capacidade de resistência a interferências eletromagnéticas e integridade do sinal é insuficiente, isso também é uma das principais razões pelas quais os dispositivos de alto nível tendem a usar cabos coaxiais extremamente finos.

O cabo coaxial ultrafino não é apenas um material "fino", mas também uma solução sistemática para transmissão de sinais de alta velocidade. Ele compensa eficazmente a deficiência de capacidade de resistência a interferências do FPC em transmissões de alta velocidade através de blindagem independente, controle preciso de impedância e estrutura altamente flexível. No futuro, com a tendência contínua de crescimento na aplicação de interfaces de alta velocidade e sinais de alta frequência, o cabo coaxial ultrafino continuará a ser a solução principal para conexões internas de dispositivos eletrônicos.
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