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分析:全球半导体技术发展路线重大挑战下
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中研普华报道
　　一、半导体产业生态环境
　　半导体产业诞生于上世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。
　　到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。存储器件每3年更新一次半导体技术，并随即被逻辑器件制造商采用。
　　在90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每2年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成电路（IC）制造商中。他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业收入在此期间年均增速达到17%。
　　21世纪的前十年，半导体行业全新的生态环境已经形成：
　　一是每2年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。这类器件被定义为系统级芯片（system on chip，SOC）和系统级封装（system in package， SIP）。
　　二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。
　　三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。在此条件下，系统集成商再次控制了系统设计和产品集成。
　　四是互联网应用和移动智能终端的崛起，带动了光纤电缆的广泛部署和多种无线技术的发展，实现前所未有的全球移动互联。这个生态系统创造了“物联网”这一新兴的市场，而创新的产品制造商、电信公司、数据和信息分销商以及内容提供商正在争夺该市场的主导权。
　　半导体是上述所有应用的基石，所有的创新离不开半导体产业的支持。
　　二、全球半导体技术发展路线
　　上世纪60年代后期，硅栅自对准工艺的发明奠定了半导体规格的根基。摩尔1965年提出的晶体管每两年一次的更新换代的“摩尔定律”，以及丹纳德1975年提出的“丹纳德定律”，促进了半导体产业的成长，一直到21世纪初，这是传统几何尺寸的按比例缩小（Classical Geometrically Driven Scaling）时代。进入等效按比例缩小（Equivalent Scaling）时代的基础是应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管、化合物半导体等技术，这些技术的实现支持了过去十年半导体产业的发展，并将持续支持未来产业的发展。
　　（一）器件
　　信息处理技术正在推动半导体产业进入更宽广的应用领域，器件成本和性能将继续与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor， CMOS）的维度和功能扩展密切相关。
　　应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管现已广泛应用于集成电路的制造，进一步提升器件性能的重点将在III-V族元素材料和锗。与硅器件相比，这些材料将使器件具有更高的迁移率。为了利用完善的硅平台的优势，预计新的高迁移率材料将在硅基质上外延附生。
　　2D Scaling最终将在2013国际半导体技术路线图（ITRS）期间达到其基本限制，无论是逻辑器件还是存储器件正在探索如何使用垂直维度（3D）。3D设备架构和低功率器件的结合将开启“3D 能耗规模化（Power Scaling）”时代，单位面积上晶体管数量的增加将最终通过多层堆叠晶体管来实现。
　　遗憾的是，互连方面没有新的突破，因为尚无可行的材料具有比铜更低的电阻率。然而，处理碳纳米管、石墨烯组合物等无边包裹材料（edgeless wrapped materials）方面的进展为“弹道导体”（ballistic conductor）的发展提供基础保障，这可能将在未来十年内出现。
　　多芯片的三维封装对于减少互联电阻提供了可能的途径，主要是通过增加导线截面（垂直）和减少每个互连路径的长度。
　　然而，CMOS或目前正在研究的等效装置（equivalent device）的横向维度扩展最终将达到极限。未来半导体产品新机会在于：一是通过新技术的异构集成，扩展CMOS平台的功能；二是开发支持新一代信息处理范式的设备。
　　（二）系统集成
　　系统集成已从以数据运算、个人电脑为中心的模式转变为高度多样化的移动通信模式。集成电路设计正从以性能驱动为目标向以低耗驱动为目标转变，使得多种技术在有限空间内（如GPS、电话、平板电脑、手机等）可以异构集成，从而彻底改变了半导体产业。简言之，过去，性能是独一无二的目标；而今，最小化功耗的目标引领集成电路设计。
　　系统级芯片和系统级封装的产品已成为半导体产业的主要驱动力。过去的几年，智能手机和平板电脑的产量已经超过微处理器的产量。异构集成的基础依赖于“延伸摩尔”（More Moore， MM）设备与“超越摩尔”（More than Moore， MtM）元素的集成。
　　举例来说，目前，微机电系统（MEMS）设备被集成到汽车、视频投影仪、平板电脑、智能手机和游戏平台等各种类型系统中。一般情况下，MEMS设备为系统添加了有用的功能，增强系统的核心功能。例如，智能手机上的MEMS加速度计可检测手机的垂直方向，并旋转图像显示在屏幕上。通过MEMS引入的附加功能改善了用户界面，但手机没有它仍然可以运行。相比之下，如果没有MEMS设备，基于数字光投影技术（digital light projector， DLP）的录像机和喷墨打印机将无法正常工作。多模传感技术也已成为移动设备的组成部分，成为物联网的关键推动力量。
　　数字型数据（digital data）和连接技术的迅速进步为医疗服务带来变革。硅、微机电系统和光学传感技术正在使这一革命成为可能。
　　移动手机已经可以提供大量的健康信息。加速度计可以跟踪运动和睡眠，当用户触摸手机时，内置光传感器可以感知心脏速率。在手机的摄像头可以被用于不同的目的，比如检查食品的卡路里含量，或基于人脸表情识别自己的情绪。广泛的手机应用已经发展到能够分析这些数据，并用易于理解和操作的方式反馈给消费者。
　　综观未来7-15年（到2020年以后）设备和系统的发展，基于全新原理的设备将支持全新的架构。例如，自旋波设备（spin wave device， SWD）是一种磁逻辑器件，利用集体旋转振荡（自旋波）进行信息传输和处理。自旋波设备将输入电压信号转换成的自旋波，计算自旋波，将自旋波输出转换成电压信号。在一个单核心结构中，对多重频率的大规模并行数据处理能通过开辟每个频率为不同的信息通道，以非常低的功率来进行。此外，一些新设备推动新架构的创造。例如，存储级存储器（storage-class memory，SCM）是一种结合固态存储器（高性能和鲁棒性）、归档功能和常规硬盘磁存储的低成本优点的设备。这样一个设备需要一个非易失性存储器（nonvolatile memory，NVM）技术，能以一个非常低的成本制造每比特储存空间。
　　（三）制造
　　受维度扩展的驱动，集成电路制造的精度将在未来15年内达到几纳米级别。运用任何技术测量晶片上的物理特性已经变得越来越困难，通过关联工艺参数和设备参数将基本实现这个任务。通过控制设备稳定性和工艺重现性，对特征尺寸等过程参数的精确控制已经能够完成。
　　晶圆厂正在持续地受数据驱动，数据量、通信速度、数据质量、可用性等方面的要求被理解和量化。晶圆片由300毫米向450毫米转型面临挑战。应着眼于对300毫米和450毫米共性技术的开发，450毫米技术的晶圆厂将因适用300毫米晶圆片的改进技术而受益。
　　系统级芯片和系统级封装集成将持续升温。集成度的提高推动测试解决方案的重新整合，以保持测试成本和产品质量规格。优化的测试解决方案可能需要访问和测试嵌入式模块和内核。提供用于多芯片封装的高品质晶粒的已知好芯片（KGD）技术也变得非常重要，并成为测试技术和成本折中的重要部分。
　　三、重大挑战
　　（一）短期挑战（现在到2020年）：性能提升
　　1、逻辑器件
　　平面型互补金属氧化物半导体（CMOS）的传统扩展路径将面临性能和功耗方面的严峻挑战。
　　尽管有高介电金属闸极（high-k/metalgate,HKMG）的引入，等效栅氧化层厚度（equivalent gate oxide thickness,EOT）的减少在短期内仍具有挑战性。高介电材料集成，同时限制由于带隙变窄导致的栅极隧穿电流增加，也将面临挑战。完整的栅极堆叠材料系统需要优化，以获取最佳的器件特性（功率和性能）和降低成本。
　　新器件结构，如多栅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）和超薄全耗尽型绝缘层上硅（FD-SOI）将出现，一个极具挑战性的问题是这些超薄金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）的厚度控制。解决这些问题应与电路设计和系统架构的改进并行进行。
　　一些高迁移率材料，如锗和III-V族元素已被认为是对CMOS逻辑应用中硅通道的升级或替换。具有低体陷阱和低电能漏损，非钉扎费米能级（unpinned Fermi level）、低欧姆接触电阻的高介电金属栅极介质是面临的主要挑战。
　　2、存储器件
　　动态随机存取存储器（DRAM）的挑战在于，在特征尺寸减少、高介电介质应用、低漏电存取器件设计，以及用于位线和字线的低电阻率材料条件下，具有合适的存储电容。为了增加位元密度和降低生产成本，4F型单元的驱动器需要高纵横比和非平面晶体管结构。
　　闪存已成为关键尺寸缩放、材料和加工（光刻、腐蚀等）技术等前端工艺（Front End Of Line, FEOL）技术的新驱动力。短期内，闪存密度的持续发展依赖于隧道氧化层（Tunnel Oxide）的厚度变薄以及电介质集成度。
　　为了保证电荷维持和耐久的要求，引进高介电材料将是必要的。超过256 GB的3-D NAND闪存维持性价比的同时保证多层单元（Multi Level Cell, MLC）和一定的可靠性能，仍然是一个艰巨的挑战。新的挑战还包括新内存类型制造的演进，以及新的存储器概念，比如磁性随机存取存储器（MRAM）、相变存储器（PCM）、电阻式随机存取存储器（ReRAM）和铁电式随机存取存储器（FeRAM）。
　　3、高性能、低成本的射频和模拟/混合信号解决方案
　　推动无线收发器集成电路和毫米波应用中采用CMOS技术（高介电介质和应变工程）可能需要保持器件失配和1/f噪声在可接受范围的技术。其他挑战还有整合更便宜且高密度集成的无源组件，集成有效硅和片外无源网络工艺的MEMS，基于低成本非硅（氮化镓）器件的开发。
　　随着芯片复杂性和操作频率的增加而电源电压的降低，芯片上数字和模拟区域的信号隔离变得越来越重要。降噪可能需要更多创新，例如通过技术设计，解决每厘米千欧姆级别的高电阻率基底的电源供应和连接地线问题。
　　许多材料导向和结构的变化，例如数字路线图中多栅和绝缘体硅薄膜（silicon on insulator, SOI）衰减，或者转而改变射频和模拟器件的行为。在优化射频、高频和AMS性能，以及供应电压的稳步下降等方面存在着复杂的权衡，为集成电路设计带来巨大的挑战。
　　4、32,22纳米半间距及更低
　　光刻正变得非常昂贵和最具挑战性的技术。对22纳米半间距光刻而言，采用间隔件光刻或多个模式的193纳米浸入式光刻机，将被应用于克服单一模式的限制，但具有非常大的掩模误差增强因子（mask error enhancement factor, MEEF）、晶片线边缘粗糙度（line edge roughness, LER）、设计规则限制和更高的成本。波长为13.5纳米深紫外光刻（Extreme-UV lithography, EUVL）是行业官方推动摩尔定律的期望。
　　深紫外光刻的挑战是：缺乏高功率源、高速光刻胶、无缺陷而高平整度的掩模带来的延时。进一步的挑战包括提高深紫外系统的数值孔径到超过0.35，以及提高增加成像系统反射镜数量的可能性。
　　多电子束无掩模光刻技术（Multiple-e-beam maskless lithography）具备绕过掩模难题，去除设计规则的限制，并提供制造灵活性的潜力。在显示高分辨率影像和CD控制方面已经取得了进展。制造工具的时机掌握、成本、瑕疵、准确套印、光刻胶是其他有待进一步发展的领域。
　　直接自组装（Direct Self-Assembly,DSA）技术有新的进展，但瑕疵和定位精度亟待改善。
　　其他挑战包括：微影蚀刻法（lithography and etching）中发光电阻器（LER）的栅极长度CD控制和抑制，对新栅极材料、非平面晶体管结构、光刻胶的发光电阻器以及深紫外光刻的测量。
　　5、引入新材料
　　由于低介电材料（包括多孔材料和空气间隙）必须具有足够的机械强度以经受切割、封装和组装，考虑到蚀刻和化学机械抛光（chemico-mechanical polishing, CMP）工艺，低介电材料的介电损害减少变得更加重要。金属方面，超薄、共形低电阻率势垒金属需要与铜集成，以实现低电阻率和高可靠性。
　　6、电源管理
　　大多数应用阶段，电源管理是时下的首要问题。因为每一代晶体管数量会成倍增加，然而封装芯片中，具有成本效益的散热性能仍几乎保持不变。为了维持系统活跃和降低漏电功耗，相应电路技术的实现将扩展到对系统设计的要求、计算机辅助设计工具（computer aided design, CAD）的改进、漏电功耗降低和新器件架构性能要求的层面。
　　（二）短期挑战（现在到2020年）：成本效益
　　1、光刻
　　虽然波长为13.5纳米的深紫外光刻是行业官方的目标，但是深紫外光刻必须达到很高的源功率才能在10纳米及以上水平的技术中具有成本竞争力。如果多电子束无掩模光刻技术可以保持每通曝光、工艺成本和与基于掩模曝光工具相似的踪迹，它可能是最经济的选择。工艺中引入更少的掩模数量后，193纳米浸入式光刻机的数位储存器架构（DSA）变得广受欢迎。
　　2、前端工艺
　　我们需要实现低寄生效应、继续缩小栅极间距、下一代基板的面积调整（调整为450毫米晶片），并采用突破性技术以应对光刻的挑战。
　　3、工厂集成
　　面临的挑战主要包括：一是应对快速变化的、复杂的业务需求；二是管理工厂不断增加的复杂性；三是边际效益下降的同时实现经济增长目标；四是满足工厂和设备可靠性、功能、效率和成本的要求；五是跨边界交叉利用工厂集成技术，如300毫米和450毫米搭配，以实现规模经济；六是解决迁移到450毫米晶圆上的独特挑战。
　　4、满足市场不断变化的成本要求
　　组装和包装的挑战包括三维集成芯片堆叠（测试：存取、成本和已知良好芯片，三维封装和包装，测试访问单个晶圆或芯片）。
　　5、环境、安全、健康
　　环境安全和健康领域面临的挑战是：化学品和原材料的管理与效率；工艺和设备管理；设施技术要求；产品管理；报废产品的再利用/再回收/再生产。
　　6、测量
　　工厂级别和公司层面的测量集成：测量方面应慎重选择，抽样必须经过统计优化，以满足基于拥有者成本的工艺控制（cost of ownership, CoO）。
　　（三）长期挑战（年）：性能提升
　　1、非典型互补金属氧化物半导体通道材料的实现
　　为高度微缩的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）提供足够的驱动电流，具备增强热速度和在源端注入的准弹道操作似乎是必要的。因此，高速传输通道材料，如III-V族化合物或硅基质上的锗元素窄通道，甚至半导体纳米线、碳纳米管、石墨烯或其它材料都将有待开发。非典型互补金属氧化物半导体（CMOS）器件需要物理上或功能上地集成在一个CMOS平台上。这种集成要求外来半导体在硅基底上外延生长，这富有挑战性。理想的材料或器件性能必须在通过高温和腐蚀性化学加工后仍能维持。在技术开发的早期，可靠性问题就应被确立并解决。
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同轴从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆（即网络同轴电缆和）。同轴分50Ω 和75Ω宽带电缆两类。又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达10Mbps。同轴电缆(Coaxial Cable)是指有两个同心，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由或特氟纶材料的护套包住。
同轴电缆工作原理
同轴电缆由里到外分为四层：中心（单股的实心线或多股绞合线），塑料，网状导电层和电线外皮。中心铜线和网状导电层形成电流回路。因为中心铜线和网状导电层为同轴关系而得名。
同轴电缆传导而非，也就是说每秒钟会有好几次的电流方向发生逆转。
如果使用一般电线传输高频率电流，这种电线就会相当于一根向外发射的，这种效应损耗了信号的功率，使得接收到的信号强度减小。
同轴电缆的设计正是为了解决这个问题。中心电线发射出来的被网状导电层所隔离，网状导电层可以通过接地的方式来控制发射出来的无线电。
同轴电缆也存在一个问题，就是如果电缆某一段发生比较大的挤压或者扭曲变形，那么中心电线和网状导电层之间的距离就不是始终如一的，这会造成内部的会被反射回信号发送源。这种效应减低了可接收的信号功率。为了克服这个问题，中心电线和网状导电层之间被加入一层塑料绝缘体来保证它们之间的距离始终如一。这也造成了这种电缆比较僵直而不容易弯曲的特性。
同轴电缆历史发展
1880年─奥利弗·黑维塞在英格兰取得同轴电缆的专利权（专利权号码 1,407）。
1884年─维尔纳·冯·西门子在德国取得同轴电缆的专利权。
1941年─在美国，AT&T铺设了第一条商用同轴电缆。并在明尼苏达州的明尼阿波利斯连至威斯康辛州的史第分·普颖特。它所使用的L1系统能容纳一条电视频带或480条电话线路。
1956年─全球第一条横渡大西洋的同轴电缆──TAT-1（Transatlantic No. 1）已经铺设好。[1]
同轴电缆宽带电缆
是CATV系统中使用的标准，它既可使用的模拟信号发送，也可传输。同轴电缆的价格比贵一些，但其性能比双绞线强。当需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。
同轴电缆网络
（COAXIAL CABLE）内外由相互绝缘的同轴心导体构成的：内导体为铜线，外导体为铜管或网。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。常用于传送多路电话和电视。
同轴电缆的得名与它的结构相关。同轴电缆也是中最常见的之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用互相隔离的结构制选的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部干扰异常信号的传递。
同轴电缆分类方式
同轴电缆可分为两种基本类型，基带同轴电缆和宽
带同轴电缆。目前基带是常用的电缆，其屏蔽线是用铜做成的网状的，特征阻抗为50(如RG-8、RG-58等)；宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75(如RG-59等)。[2]
同轴电缆根据其直径大小可以分为：粗同轴电缆与细同轴电缆。粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高，由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置，但粗缆网络必须安装收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。相反，细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头（BNC），然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前运行中的所发生的最常见故障之一。
无论是粗缆还是细缆均为结构，即一根缆上接多部机器，这种拓扑适用于机器密集的环境，但是当一触点发生故障时，故障会串联影响到整根缆上的所有机器。故障的诊断和修复都很麻烦，因此，将逐步被非或光缆取代。
同轴电缆品种介绍
同轴电缆分为细缆：RG-58　和粗缆RG-11　两种。以及使用极少的半刚型同轴电缆和馈管。
细缆的直径为0.26厘米，最大传输距离185米，使用时与50Ω终端电阻、T型连接器、与网卡相连，线材价格和连接头成本都比较便宜，而且不需要购置等设备，十分适合架设终端设备较为集中的小型以太网络。缆线总长不要超过185米，否则信号将严重衰减。细缆的阻抗是50Ω。
粗缆(RG-11)的直径为1.27厘米，最大传输距离达到500米。由于直径相当粗，因此它的弹性较差，不适合在室内狭窄的环境内架设，而且RG-11连接头的制作方式也相对要复杂许多，并不能直接与电脑连接，它需要通过一个转接器转成AUI接头，然后再接到电脑上。由于粗缆的强度较强，最大传输距离也比细缆长，因此粗缆的主要用途是扮演网络主干的角色，用来连接数个由细缆所结成的网络。粗缆的阻抗是75Ω。
半刚型同轴电缆
这种电缆使用极少，通常用于通讯发射机内部的模块连接上，因为这种线传输损耗很小，但也有一些缺点，比如硬度大，不易弯曲。此外，此类电缆的传输频率极高大部分都可以到达30Ghz。型号为CXJ--50--3此类电缆典型结构如下表所示 结构 材料 直径(mm) 1. 内导体 镀银铜线 0.93 2.聚四氟乙烯(PTFE) 3.00 3. 外导体
①无缝退火紫铜管 3.58
②镀锡(合金)无缝紫铜管
③镀银无缝紫铜管
目前工艺在逐渐进步，也出现了一些弯曲幅度较大的此类线材，但笔者推荐在对柔韧性要求不高的地方，尽量使用传统的铜管外导体的此类线材，以保证稳定性。
英文简称SYV,常有的有75-7，75-5，75-3，75-1等型号，都是75，以适应不同的传输距离。是以非对称基带方式传输的主要介质。
主要应用范围
主要应用范围如：设备的支架连线，闭路电视(CCTV)，(MATV) 以及彩色或单色监视器的转送。这些应用不需要选择有特别严格公差的精密。的特征电阻是75 欧姆，这个值不是随意选的。物理学证明了视频信号最优化的衰减特性发生在77 欧姆。在低功率应用中，材料及设计决定了电缆的最优阻抗为75 欧姆。
标准视频同轴电缆既有实心导体也有多股导体的设计。建议在一些电缆要弯曲的应用中使用多股导体设计，如CCTV 摄像机与托盘和支架装置的内部连接，或者是远程摄像机的传送电缆。还包括监控设备
同轴电缆优缺点
同轴电缆的优点是可以在相对长的无的线路上支持高通信，而其缺点也是显而易见的：一是体积大，细缆的直径就有3/8英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；最后就是成本高，而所有这些缺点正是能克服的，因此在现在的局域网环境中，基本已被基于双绞线的以太网规范所取代。
同轴电缆基带
同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即宽带同轴电缆。这种区别是由历史原因造成的，而不是由于技术原因或生产厂家。
同轴电缆的这种结构，使它具有高和极好的噪声抑制特性。同轴电缆的带宽取决于电缆长度。1km的电缆可以达到1Gb/s~2Gb/s的。还可以使用更长的电缆，但是传输率要降低或使用中间放大器。目前，同轴电缆大量被取代，但仍广泛应用于有线和无线电视和某些。
同轴电缆宽带
使用有线电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆。“宽带”这个词来源于电话业，指比4kHz宽的频带。然而在中，“宽带电缆”却指任何使用进行传输的电缆网。
由于使用标准的，可使用的高达300MHz（常常到450MHz）；由于使用模拟信号，需要在接口处安放一个电子设备，用以把进入网络的比特流转换为模拟信号，并把网络输出的信号再转换成比特流。
宽带系统又分为多个，电视广播通常占用6MHz信道。每个信道可用于模拟电视、CD质量声音(1.4Mb/s)或3Mb/s的数字比特流。电视和数据可在一条电缆上混合传输。
宽带系统和基带系统的一个主要区别是：宽带系统由于覆盖的区域广，因此，需要模拟放大器周期性地加强信号。这些放大器仅能单向，因此，如果计算机间有放大器，则报文分组就不能在计算机间逆向传输。为了解决这个问题，人们已经开发了两种类型的宽带系统：双缆系统和单缆系统。
同轴电缆宽带系统
同轴电缆1双缆系统
双缆系统有两条并排铺设的完全相同的电缆。为了传输数据，计算机通过电缆1将到电缆数根部的设备，即顶端器(head-end)，随后顶端器通过电缆2将信号沿电缆数往下传输。所有的计算机都通过电缆1发送，通过电缆2接收。
同轴电缆2单缆系统
另一种方案是在每根电缆上为内、外通信分配不同的频段。低频段用于计算机到顶端器的通信，顶端器收到的信号移到高频段，向计算机广播。在子分段(subsplit)系统中，5MHz~30MHz频段用于内向通信，40MHz~300MHz频段用于外向通信。在中分(midsplit)系统中，内向频段是5MHz~116MHz，而外向频段为168MHz~300MHz。这一选择是由历史的原因造成的。
3)宽带系统有很多种使用方式。在一对计算机间可以分配专用的永久性信道；另一些计算机可以通过控制信道，申请建立一个临时信道，然后切换到申请到的信道频率；还可以让所有的计算机共用一条或一组信道。从技术上讲，宽带电缆在发送数字数据上比基带（即单一信道）电缆差，但它的优点是已被广泛安装。
同轴电缆网络
同轴电缆介绍
同轴电缆网络一般可分为三类：
同轴电缆主干网
主干线路在直径和衰减方面与其他线路不同,前者通常由有防护层的电缆构成。
同轴电缆次主干网
次的直径比主干电缆小。当在不同建筑物的层次上使用次主干电缆时，要采用高增益的分布式放大器，并要考虑电缆与用户出口的接口。
同轴电缆线缆
同轴电缆不可绞接，各部分是通过低损耗的连接器连接的。连结器在物理性能上与电缆相匹配。中间接头和耦合器用线管包住，以防不慎接地。若希望电缆埋在光照射不到的地方，那么最好把电缆埋在冰点以下的地层里。如果不想把电缆埋在地下，则最好采用电杆来架设。同轴电缆每隔100米设一个标记，以便于维修。必要时每隔20米要对电缆进行支撑。在建筑物内部安装时,要考虑便于维修和扩展，在必要的地方还需提供管道，保护电缆。
同轴电缆安装方法
同轴电缆一般安装在设备与设备之间。在每一个用户位置上都装备有一个连接器，为用户提供接口。接口的安装方法如下：
(1)细缆 将细缆切断，两头装上BNC头，然后接在T型连接器两端。
(2)粗缆 粗缆一般采用一种类似夹板的Tap装置进行安装，它利用Tap上的引导针穿透电缆的绝缘层，直接与导体相连。电缆两端头设有终端器,以削弱信号的反射作用。
同轴电缆参数指标
主要电气参数
(1)同轴电缆的特性阻抗 同轴电缆的平均特性阻抗为50±2Ω，沿单根同轴电缆的阻抗的周期性变化为正弦波，中心平均值±3Ω，其长度小于2米。
(2)同轴电缆的衰减 一般指500米长的电缆段的衰减值。当用10MHz的正弦波进行测量时，它的值不超过8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波进行测量时，它的值不超过6.0db(12db/公里)。
(3)同轴电缆的传播速度 需要的最低传播速度为0.77C(C为光速)。
(4)同轴电缆直流回路电阻 电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和不超过10毫欧/米(在20℃下测量)。
同轴电缆是由中心导体、层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成．
同轴电缆具有足够的可柔性，能支持254mm(10英寸)的弯曲半径。中心导体是直径为2.17mm±0.013mm的实芯。绝缘材料必须满足同轴电缆电气参数。屏蔽层是由满足传输阻抗和ECM规范说明的金属带或薄片组成，屏蔽层的内径为6.15mm,外径为8.28mm。外部隔离材料一般选用聚氯乙烯(如PVC)或类似材料。
测试的主要参数
(1)导体或屏蔽层的开路情况。
(2)导体和屏蔽层之间的短路情况。
(3)导体接地情况。
(4)在各屏蔽接头之间的短路情况。
同轴电缆规格型号
同轴电缆按用途可分为两种基本类型：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。目前基带常用的电缆，其屏蔽线是用铜做成的网状的，特征阻抗为50(如RG-8、RG-58等);宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75(如RG-59等)。
按同轴电缆的直径大小分为：粗同轴电缆与细同轴电缆。粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长、可靠性高。粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。相反,细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头(BNC),然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生接触不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。
为了保持同轴电缆的正确电气特性，电缆屏蔽层必须接地。同时两头要有终端器来削弱信号反射作用。
无论是粗缆还是细缆均为总线,即一根缆上接多部机器，这种拓扑适用于机器密集的环境。但是当一触点发生故障时，故障会串联影响到整根缆上的所有机器，故障的诊断和修复都很麻烦，因此，将逐步被非或取代。
最常用的同轴电缆有下列几种：
·RG-8或RG-11
计算机网络一般选用RG-8以太网粗缆和RG-58以太网细缆。RG-59 用于电视系统。RG-62 用于ARCnet网络和IBM3270网络。
同轴电缆布线结构
在布线系统中，对同轴电缆的粗缆和细缆有三种不同的构造方式，即细缆结构、粗缆结构和粗/细缆混合结构。
1)硬件配置
(1)网络接口适配器：网络中每个结点需要一块提供的、便协式适配器或。
(2)BNC-T型连接器：细缆Ethernet上的每个结点通过T型连接器与网络进行连接,它水平方向的两个插头用于连接两段细缆，与之垂直的插口与网络接口适配器上的相连。
(3)电缆系统：用于连接细缆以太网的电缆系统包括：
·细缆(RG-58 A/U):直径为5毫米，特征阻抗为50欧姆的细同轴电缆。
·BNC连接器插头：安装在细缆段的两端。
·BNC桶型连接器：用于连接两段细缆。
·BNC:BNC 50欧姆的终端匹配器安装在干线段的两端，用于防止电子信号的反射。干线段电缆两端的终端匹配器必须有一个接地。
(4)：对于使用细缆的以太网，每个干线段的长度不能超过185米，可以用中继器连接两个干线段，以扩充的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器，连接五个干线段电缆。
2)技术参数
·最大的干线段长度：185米。
·最大网络干线电缆长度：925米。
·每条干线段支持的最大结点数：30。
·BNC-T型连接器之间的最小距离：0.5米。
·容易安装。
·造价较低。
·网络能力强。
·网络维护和扩展比较困难。
·电缆系统的较多,影响网络系统的可靠性。
1)硬件配置
建立一个粗缆以太网需要一系列硬件设备，包括：
(1)网络接口适配器：网络中每个结点需要一块提供AUI接口的以太网卡、便提式适配器或PCMCIA卡。
(2)收发器(Transceiver):粗缆以太网上的每个结点通过安装在干线电缆上的外部收发器与网络进行连接。在连接粗缆以太网时，用户可以选择任何一种标准的以太网()类型的外部收发器。
(3)收发器电缆：用于连接结点和外部收发器，通常称为AUI电缆。
(4)电缆系统：连接粗缆以太网的电缆系统包括：
·粗缆(RG-11 A/U):直径为10毫米，特征阻抗为50欧姆的粗同轴电缆，每隔2.5米有一个标记。
·N-系列连接器插头：安装在粗缆段的两端。
·N-系列桶型连接器：用于连接两段粗缆。
·N-系列终端匹配器：N-系列50欧姆的终端匹配器安装在干线电缆段的两端，用于防止电子信号的反射。干线电缆段两端的终端匹配器必须有一个接地。
(5)中继器：对于使用粗缆的以太网，每个干线段的长度不超过500米,可以用中继器连接两个干线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器，连接五段干线段电缆。
2)技术参数
·最大干线段长度：500米。
·最大网络干线电缆长度：2500米。
·每条干线段支持的最大结点数：100。
·收发器之间最小距离：2.5米。
·收发器电缆的最大长度：50米。
·具有较高的可靠性，网络抗干扰能力强。
·具有较大的地理覆盖范围，最长距离可达2500米。
·网络安装、维护和扩展比较困难。
·造价高。
粗/细缆混合结构
1)硬件配置
在建立一个粗/细混合缆时，除需要使用与粗缆以太网和细缆以太网相同的硬件外，还必须提供粗缆和细缆之间的连接硬件。连接硬件包括：
·N-系列插口到BNC插口连接器。
·N-系列插头到BNC插口连接器。
2)技术参数
·最大的干线长度:大于185米，小于500米。
·最大网络干线电缆长度：大于925米,小于2500米。
为了降低系统的造价，在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下，应尽可能使用细缆。可以用下面的公式计算在一条混合的干线段中能够使用的细缆的最大长度t= ( 500 - L ) / 3.28，其中：L为要构造的干线段长度，t为可以使用的细缆最大长度。例如，若要构造一条400米的干线段，能够使用的细缆的最大长度为：(500 - 400 ) / 3.28 = 30(米)。
·造价合理。
·网络抗干扰能力强。
·系统复杂。
·网络维护和扩展比较困难。
·增加了电缆系统的断点数，影响网络的可靠性。
同轴电缆质量检测
1、查绝缘介质的整度
标准同轴电缆的截面很圆整，电缆外、铝泊贴于绝缘介质的外表面。介质的外表面越圆整，铝箔与它外表的间隙越小，越不圆整间隙就越大。实践证明，间隙越小电缆的性能越好，另外，大间隙空气容易侵入屏蔽层而影响电缆的使用寿命。
2、测同轴电缆绝缘介质的一致性
同轴电缆缘介质直径波动主要影响电缆的回波系数，此项检查可剖出一段电缆的绝缘介质，用千分尺仔细栓查各点外径，看其是否一致。
3、测同轴电缆的编织网
同轴电缆的纺织网线对同轴电缆的屏蔽性能起着重要作用，而且在集中供电有线电视线路中还是电源的回路线，因此同轴电缆质量检测必须对纺织网是否严密平整进行察看，方法是剖开同轴电缆外护套，剪一小段同轴电缆编织网，对编织网数量进行鉴定，如果与所给指标数值相符为合格，另外对单根纺织网线用螺旋测微器进行测量，在同等价格下，线径越粗质量越好。
4、查铝箔的质量
同轴电缆中起重要屏蔽作用的是铝箔，它在防止外来开路信号干扰与有线电视信号混淆方面具有重要作用，因此对新进同轴电旨应检查铝箔的质量。首先，剖开护套层，观察编织网线和铝箔层表面是否保持良好光泽；其次是取一段电缆，紧紧绕在金属小轴上，拉直向反向转绕，反复几次，再割开电缆护套层观看铝箔有无折裂现象，也可剖出一小段铝箔在手中反复揉搓和拉伸，经多次揉搓和拉伸仍未断裂，具有一定韧性的为合格品，否则为次品。
5、查外护层的挤包紧度
高质量的同轴电缆外护层都包得很紧，这样可缩小屏蔽层内间隙，防止空气进入造成氧化，防止屏蔽层的相对滑动引起电性能飘移，但挤包太紧会造成剥头不便，增加施工难度。检查方法是取1m长的电缆，在端部肃去护层，以用力不能拉出线芯为合适。
6、查电缆成圈形状
电缆成圈不仅是个美观问题，而且也是质量问题。电缆成圈平整，各条电缆保持在同一同心平面上，电缆与电缆之间成圆弧平行地整体接触，可减少电缆相互受力，堆放不易变形损伤，因此在验收电缆质量时对此不可掉以轻心。[3]
同轴电缆发展概况
电线电缆行业是仅次于汽车行业的第二大行业，产品品种满足率和国内市场占有率均超过90%。在世界范围内，中国电线电缆总产值已超过，成为世界上第一大电线电缆生产国。伴随着中国电线电缆行业高速发展，新增企业数量不断上升，行业整体技术水平得到大幅提高。
中国经济持续快速的增长，为产品提供了巨大的市场空间，强烈的诱惑力，使得世界都把目光聚焦于中国市场，在改革开放短短的几十年，中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对电线电缆的需求也将迅速增长，未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。
2008年11月，我国为应对，政府决定投入4万亿元拉动内需，其中有大约40%以上用于城乡电网建设与改造。全国电线行业又有了良好的市场机遇，各地电线电缆企业抓住机遇，迎接新一轮城乡电网建设与改造。
．电缆剪工程师的空间[引用日期]
．电缆网[引用日期]
．电缆网[引用日期]
本词条内容贡献者为
副理事长兼秘书长
中国通信学会
中国通信学会
原武汉邮电科学研究院
中国联通网络技术研究院
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副院长兼总工程师
中国移动设计院
首席架构师业务总工程师
中兴通讯股份有限公司
百度公司发展研究中心
中国通信学会科普中国百科科学词条评审专家委员会
中国通信学会是全国通信...
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