目前我們提到線纜設計，一般會引用相關的規範來設計線纜結構，比如電源線一般依UL，IEC，JIS，GB等相關标準設計（如：SVT、SJT、H05VV-F，H03VVH2-F、VCTF、RVV等），電腦周邊設備用線一般依UL ，CSA等相關标準設計（如UL 1061、UL 2464、UL 2725等）；特殊結構及特性标準一般還會參考協會的規範（如：USB協會，Serial ATA協會，IEEE 1284，IEEE1394，DVI 協會，HDMI協會等）；目前各電線标準裡面一般都會詳細規定導體尺寸，絕緣材質、厚度，外被材質、厚度，線材形狀等參數，其實設計線纜很簡單，沒有你想的那麼難，今天一起來看看線纜設計初學者.

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電線設計原理與技巧---導體篇

銅線導體的組成種類繁多，如7/0.05mm,7/0.06mm,7/0.08mm,19/0.08mm等等，那麼這些組成如何區分，如何确定是什麼規格，如何判定符不符合UL标準呢？

導體組成因需要的不同而多種多樣，如果沒有一個統一的判定标準，将很令人頭疼。在UL758裡就專門有對導體的規格标準的詳述，它的标準為AWG，就是American Wire Guage,中文意思是“美國線材規格”，也就是我公司所參照的标準。它把導體分為單銅（單條銅導體）和絞銅（多條銅導體絞合成的銅導體），單銅根據直徑大小劃分規格﹔絞銅根據截面積大小劃分規格，以下所示更多細節請查閱：

導體大小（Size）：導體大小通常用AWG（American Wire Gauge）表示.

AWG數是根據導體截面積（Cross-sectional Area）來定義的，AWG數越大，導體截面積越小，反之亦然。

導體截面積常用mm2或Cmil表示

導體截面積的計算：

S（mm2）=N*π*（d/2）2S（Cmil）=N*（d*39.37）2

N---導體條數 d---單條導體直徑 π---圓周率(3.14159)

(續)常用導體AWG數與截面積對應表：

導體絞合（Strand）：為提高導體強度，通常采取将多條銅線絞合的方式

絞距( Length of Lay）：在絞線軸線方向一個完整螺旋線之間的距離

絞合銅線中單根銅線條數和直徑一般不作規定，滿足截面積要求即可（某些有特殊規定的電源線除外，如VDE等）

單束束絞絞合銅導體最大絞距：

導體絞距的測量及絞合直徑的計算：•導體絞距的測量：将絞合導體中的某條導體從一點開始按與絞向相反方向退扭10圈後到達另一點，兩點間的距離除以10即為絞距值。

絞合直徑：D=√N*1.155*d 【 N---導體條數 d---單條導體直徑】

增強導體強度的方法：減小導體絞距•導體絞合時加黃旦絲或尼龍絲填充（如為了增強線材的彎曲測試性能，可從上述兩方面進行改善）

單位換算

單銅導體可通過用千分尺或者螺旋測微表直接測量直徑，對照标準确定規格即可﹔絞銅導體不能直接測量，而要通過計算截面積來确定規格。UL 758導體标準裡有用mil(密爾)和 cmil(圓密爾)作單位，所以先要懂得它們和國際單位（公制單位）的換算。mil(密爾)是長度單位，cmil(圓密爾)是面積單位。

1inch = 25.4mm= 1000 mil；1mm =39.37mil；

1inch2 = 106 cmil；1mm2 = 39.372 cmil = 1550 cmil

截面積的計算

UL758對導體截面積的計算，和我們以前學習到的計算圓的面積不一樣，

假設：A 為截面積，單位為cmil或mm2﹔d為絞銅組成中單根銅線的直徑，單位為mil或mm﹔n為絞銅導體由單根直徑為d組成的條數﹔則其截面積為

A = 0.7854*nd2

這裡需特别指出：上面的計算公式隻适用于确定導體規格标準時截面積的計算，不能用于其它面積計算!

舉例：請計算導體7/36AWG = 7/0.127mm(36AWG Solid = 0.127 mm)是屬于什麼規格的.

解：n = 7, d = 0.127*39.37mil, 則

A = 0.7854*n*d2 =7*(0.127*39.37)2 = 174.9993cmil

對照表UL758導體規格标準可知，它屬于28AWG的導體.

導體的絞距

絞銅導體的絞距在UL758裡也有相應的标準，根據絞銅導體的規格大小，規定了它們的最大絞距，具體如下表：

常用的銅導體選擇

裸銅 BC(Bare CoPPer)

(1)耐熱150oC MAX,導電率約=98%,抗張275MPA,伸長率15%MIN,比重8.89,不含任何其他金屬合金或鍍層的純銅導體.

(2)優點:單價低,導電率高,電阻低

(3)缺點:易氧化

鍍錫銅 TC(Tin-Coated Copper)

(1)耐熱150oC MAX,導電率約=94%,抗張275MPA,伸長率10%MIN,銅表面鍍上一層錫,以防止銅導體氧化或微酸腐蝕 (硫酸.醋酸)并增加焊接性.

(2)鍍錫絞線TSC可分為

(a)先鍍後絞簡稱鍍絞:銅線鍍錫後絞合

優點:鍍錫較易,成本較低

缺點:絞線較容易鬆開

(b)先絞後鍍Top-Coating:裸絞銅先絞合後,再在表層鍍上一層錫

優點:鍍錫較易,成本較低

缺點:鍍錫較困難,易有錫球,成本較高

鍍銀銅 SCC(Silver-Coated Copper)

(1)銅表面鍍上一層銀.增加傳輸效果,減低衰減.耐熱200oC MAX,高溫絕緣材料被覆不易氧化.常用于同軸線導體.比重8.89

鍍銀銅包鋼 SCCS(Silver-Coated Copper Clad Steel)

(1)銅包鋼表面鍍上一層銀.增加傳輸效果,減低衰減.耐熱200oC MAX,高溫絕緣材料被覆不易氧化.常用于同軸線導體.

導電率30%比重約為8.06,導電率40%比重約8.2

銅箔絲 (Tinsel Wire)

(1)硬銅線延壓成薄片再纏繞在尼龍絲上即成銅箔絲.

常用于電話線導體和Coil Cord(卷線)有較好的彎曲強度及增加卷線彈性.

裸銅銅箔(Bare flat foil copper)

常用于FFC排線導體

鍍錫銅箔(Tin-Coated flat foil copper)

常用于FFC排線導體

小編小結：目前市場上的線材成品分為消費類産品和工業類産品，工業類關注的就是電阻值及可能發生的導體過熱引起的短路等，故導體的材質和截面積是做為工業類産品需要關注和研究保護的對象，而消費類市場的産品就分為高頻，高速，其對銅線的要求就甚高，從導體的截面積，導體的材質，導體的過程處理，特别是後面提到的導體表面的處理就顯的尤為重要，當頻率超過300MHZ我們通過傳輸線理論數據說明，其線材可以稱之為傳輸線，頻率越高，訊号基本的通道均在銅材的表面，我們稱之為集膚效應，集膚效應在高頻對訊号的影響基本是緻命的，其導體表面的處理值得行業前輩和同行進行研究，如何保證導體表面高的光潔度來保證訊号傳輸的無回損，謝謝！

電線設計原理與技巧---絕緣篇

常用絕緣材質有PVC（PolyVinyl Chloride ，聚氯乙烯)、SR-PVC（Semi-rigid PVC，半硬質PVC）、PP (Polypropylene，聚丙烯）、PE（Polyethylene，聚乙烯）、Foam-PE、Foam-PE Skin等；絕緣材質的選用一般依線材電氣特性及相應安規标準确定；目前市場常用的塑料一般都比較輕,它的實體相對密度約在0.83~2.2之間,多數介于1~1.5之間.以下為電線用橡膠及塑膠常用材料比重一覽表 (作為參考)

以上介紹各絕緣之延伸率及抗張強度因其使用在何種類型之線材以及其額定溫度.CLASS等級不同即有所不同.所以僅為參考(均為老化前之要求),實際作業時請查對應之UL.IEC等安規要求.

如UL444為通訊電纜之安全規範

UL758為AWM電纜之安全規範

UL1581為一般電纜之通用安全規範

UL62為POWER CABLE之安全規範

PVC (Poly Vinyl Chloride)聚氯乙烯

(1)可調整各種硬度，透明或不透明.透明的硬質PVC加入可塑劑(DOP.DIDP.TOTM)成軟質PVC

(2)優點:在高低溫都适用,耐燃.柔軟性好,單價低.

(3)缺點:PVC耐熱性不很好.介電系數會因溫度及頻率高低變化,電氣特性較難控制.加熱會脫鹽酸變黑,燃燒時有黑煙及碳渣辛辣味,不助燃.燃燒時會産生有毒氣體.

(4)用途:用于電壓600V以下AWM及電腦線大都用PVC. (電線絕緣或外被材料)比重:1.20~1.50

PVC聚氯乙烯(軟質)比重:1.2

PVC聚氯乙烯(硬質)比重:1.4

通常以比重1.5去計算用量

延伸率150~400%,抗張強度1.2~1.5kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL758.1581安規要求:AWM類電線延伸率100% min,抗張強度1500PSI min

UL444安規要求通訊電纜延伸率100% min,抗張強度2000PSI min

SR-PVC (Semi-Rigid Poly Vinyl Chloride) 半硬質PVC

(1)優點:強度比一般PVC大.

(2)缺點:因硬度較高,高溫老化後延伸會降低.

(3)用途:一般用于電腦線的芯線絕緣材料.

密度:1.35~1.50

通常以1.5去計算用量

UL444安規要求:延伸率100% min,抗張強度3000PSI min

PP (Polypropylene) 聚丙烯

(1)PP是發展很快.應用很廣的一種熱塑性塑料.

(2)優點:與其它通用熱塑性塑料比較,PP具有比重小.剛性好.強度高.耐繞曲以及有高于100C的耐熱溫度和良好的耐化學腐蝕性.價格低廉等優點.

(3)缺點:低溫耐沖擊性較差,易老化,成型收縮率大.燃燒時會有燄滴.不易熄滅快速完全燒掉,有延燃情形.

(4)用途:PP EVA用于電線的芯線絕緣材料,一般用于通訊電纜及電話線等.

比重為0.90~0.91

延伸率200~700%,抗張2.0~4.0kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL1581安規要求:延伸率150% min,抗張強度3000PSI min

EVA (Ethylene Vinyl Acetate)乙烯—醋酸乙烯脂共聚物

(1)乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(Ethylene Vinyl Acetate)是由乙烯和醋酸乙烯脂共聚而成,代号是E/VAC,簡稱為EVA.

EVA是一類具有類似橡膠彈性的熱塑性塑料.

(2)EVA與填料.色料的相容性很好,可與PP.PE.PVC相容良好. EVA具有良好的彈性和可低溫可繞性.耐候性.

(3)缺點:相容比例過量時,會産生電線芯線外觀破壞,降低絕緣及耐壓強度.耐油性能差.

(4)用途:通常用作聚氯乙烯和橡膠的改性劑.良好的發泡體基材及軟化劑.如PP EVA用在電話線芯線料.

比重0.943

延伸率抗張強度不做要求

PE (Polyethelene) 聚乙烯

(1)可分HDPE(高密度PE)

MDPE(中密度PE)應用不廣泛

LDPE(低密度PE)

LLDPE(線性低密度PE)

FRPE(阻燃PE)

Cellular或FOAM PE(發泡PE)

XL-PE(交聯PE)

(2)優點:PE比水輕.柔軟.耐水性.耐寒.耐磨耗.電氣特性佳.

(3)PE易不熄滅.不耐熱,高溫時會急速老化.

(4)用途:一般用于通訊用對絞線,高頻同軸電纜.高壓電纜.海底電纜.戶外自持線.通訊電纜等

High Density Polyethylene (HDPE) 高密度聚乙烯

(1)高密度聚乙烯用低壓法生産,故又稱之為低壓聚乙烯.

(2)優點:(a)耐化學性 (b)好的電氣特性

(3)缺點:(a)較差的耐熱性(b)比較低的物性(c)軟的表面

(d)有很高的熱膨脹系數，且在機械和熱的壓迫下容易

失敗.比重為0.94~0.97

延伸率100~400%,抗張1.0~2.0kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL444安規要求:延伸率300% min,抗張2400PSI min

Low Density Polyethylene (LDPE) 低密度聚乙烯

(1)傳統的低密度聚乙烯是用聚合級的乙烯以氧或過氧化物為引發劑,在高溫高壓下進行遊離基聚合而制得的,故又稱之為高壓聚乙

絕緣厚度（Thickness of Insulation）：

一般電線電纜标準會規定絕緣最小平均厚度（Min Average Thickness）和任意點最小厚度（Min Thickness at Any Point）.（如：UL 1061規定絕緣材質為SR-PVC，最小平均厚度為9Mil（0.23mm）、任意點最小厚度為7 Mil（0.18mm） 1Mil=1Inch/1000=0.0254mm

絕緣外徑（Diameter of Insulation）：

絕緣外徑D2=導體絞合外徑D 絕緣平均厚度t1*2【如UL 1061 28AWG電子線(Hook-up Wire)：導體絞合外徑D=√N*1.155*d =√7*1.155*0.127 =0.388mm 絕緣外徑D2 =絞合外徑D 絕緣平均厚度t*2 =0.388 0.23*2 =0.85mm

電線設計原理與技巧---絞線集合篇

集合時絞線方向一般不作規定（多為S向）

集合絞距設定為集合完成外徑的20-30倍

集合時，各芯線應按一定規律排列，使集合後外觀圓整

若集合時外觀不圓整，允許加适量填充物填充，以保證線材圓整

為了防止外被與芯線粘連，可在兩者之間添加隔離物，即在集合時增加包帶.

包帶（Wrapped Tape）：

棉紙---抗張強度及伸長較差，價格便宜

透明麥拉---抗張強度及伸長較好，無屏蔽效果

麥拉鋁箔---抗張強度及伸長較好，有屏蔽效果，但絕緣效果不及展翅鋁箔

展翅鋁箔---抗張強度及伸長較好，有屏蔽效果，絕緣效果好，價格高

包帶（Wrapped Tape）：

包帶厚度用μm（1 μm=0.001mm）表示.

常用棉紙厚40 μm、麥拉鋁箔厚20μm•透明麥拉厚30μm、展翅鋁箔厚43μm•包帶寬度依集合外徑和重疊率而定。•包帶寬度=集合外徑* π*(1 重疊率)•如：UL 2464 26AWG*7C鋁箔寬度為：D=(1.0*3)* π*(1 25%)≈12mm(通常重疊率要求為25%，π*(1 25%)≈4，所以一般将絞合外徑*4即為包帶寬度）

集合外徑的計算：

若集合芯線有兩種或以上不同外徑，集合外徑可用幾何圖形模拟算出

若集合芯線為相同外徑，集合外徑可用如下公式算出：

集合外徑D3=芯線絕緣外徑D2*絞合系數

如：UL 2464 26AWG*7C；

集合外徑為：集合外徑D3=芯線絕緣外徑D2*絞合系數 =1.0*3 =3mm

多芯線集合排列規則及絞合系數表：

電線設計原理與技巧---屏蔽篇

屏蔽就是為了減弱電磁場的幹擾，利用金屬層将主串回路和被串回路隔開

依要求抗幹擾的強弱，可采用單屏蔽和雙屏蔽

單屏蔽一般采用包鋁箔屏蔽

雙屏蔽一般采用包鋁箔後再加編織（或纏繞）屏蔽

編織屏蔽（ Braid Shield ）：

編織屏蔽可消除各個方向上的幹擾, 屏蔽效果高,結構穩定, 外觀圓整

屏蔽效果與編織率有關

編織率與編織錠數、每錠股數、編織線直徑、編織目數及編織内線徑有關

編織率的計算(θ為編織角): Tgθ=[2* π *(D 2d)*P]/(25.4*C) F=(N*P*d)/(25.4*Sinθ) ρ=(2F-F2)*100%

D---編織内線徑 d---編織線直徑 P---目數 C---錠數 N---每錠股數

編織屏蔽（ Braid Shield ）：如：編織内線徑為1.6mm，編織16/5/0.10，7.99目，求編織率。

Tgθ=[2 *3.14159*(1.6 2*0.1)*7.99]/(25.4*16) =0.22234547 Sinθ= Tgθ/√ (Tg2θ 1) = 0.2170536 F= (5*7.99*0.1)/(25.4*0.2170536)=0.724629 ρ=(2* 0.724629 – 0.7246292)*100% =92.41% （目數為1 Inch(25.4mm)内編織菱形的個數）

纏繞屏蔽（Spiral Shield）

纏繞銅線條數的計算：N=[(D d)* π]/d•以上N為屏蔽率為100%時的銅線條數。•屏蔽率ρ=(實際纏繞銅線條數)/N*100% 如：纏繞内線徑為2.0mm，纏繞63/0.10，求屏蔽率。 N=[(2.0 0.1)* 3.14159]/0.1 =65 ρ=(63/65)*100%=97%

D---纏繞内線徑 d---纏繞線直徑

電線設計原理與技巧---外被篇

外被（Jacket）：

常用外被材質有PVC（PolyVinyl Chloride)、PU（Polyurethane）、TPE（Thermo Plastic Elastomer）、TPR（ Thermo Plastic Robber）等，外被材質一般依安規标準或客戶要求而确定

外被厚度（Thickness of Jacket）：

一般電線電纜标準會規定外被最小平均厚度（Min Average Thickness）和任意點最小厚度（Min Thickness at Any Point）

除此規定外，外被厚度的确定還應考慮實際生産能力。（如：UL 2725規定外被最小平均厚度為9Mil（0.23mm）、任意點最小厚度為7 Mil（0.18mm），但實際生産時一般會超過此标準。) --- 1Mil=1Inch/1000=0.0254mm

外徑（Diameter of Jacket）：

完成外徑D4=集合外徑D3 包帶層厚度t2 屏蔽層厚度t3 外被平均厚度t4*2 如:UL 2464 26AWG*7C AL D B(16/6/0.10T)線材完成外徑：完成外徑D4=集合外徑D3 包帶層厚度t2 屏蔽層厚度t3 外被平均厚度t4*2 =1.0*3 0.25*4 0.10*4 0.76*2 ≈5.1mm

包帶層厚度=包帶厚度*4 ---屏蔽層厚度=編織銅線直徑*4(或纏繞銅線直徑*2)

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