新型高速復合數(shù)據(jù)傳輸線纜的研究與開發(fā)

白建文++江游

摘要 文章通過結合當前我國線纜生產現(xiàn)狀，開發(fā)了符合市場需求的新型數(shù)據(jù)線產品MINI-SAS數(shù)據(jù)線，新型數(shù)據(jù)線的開發(fā)不僅是廣東省和深圳市重點發(fā)展支持項目，還符合國家發(fā)展和改革委員會《產業(yè)結構調整指導目錄（2013年本）》的鼓勵類第二十八款“信息產業(yè)”中第7條“寬帶網(wǎng)絡設備制造與建設”鼓勵投資項目，研制新型高速復合數(shù)據(jù)傳輸線纜對促進深圳市乃至廣東省經(jīng)濟發(fā)展也有著非常重要的作用。

關鍵詞 高速復合；數(shù)據(jù)傳輸；MINI-SAS

中圖分類號 TN91

文獻標識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-0030-01

SAS是連接磁盤的串行SCSI技術，它將并行SCSI、串行連接技術的優(yōu)勢綜合到了一起，協(xié)議基礎結構通過串行通訊協(xié)議建立，通過SCSI-3進行指令集擴展，并且還對SATA設備進行兼容，是多層次的存儲設備連接協(xié)議。MINI-SAS隨著價格的調整，優(yōu)勢更為明顯，從兼容大容量SATA磁盤所體現(xiàn)出的高速的性能表現(xiàn)，以及最多連接16384個磁盤設備的極佳的擴展能力，以及MINI-SAS設備對24×7的多線程設計的支持，將不僅能為用戶實現(xiàn)分層存儲提供了有力的支持，更可以可滿足多任務的應用一從硬盤廠商的測試情況來看，在磁盤轉速、碟片直徑相同的情況下，MINI-SAS接口的硬盤更是顯示出了在隨機訪問性能方面的極大優(yōu)勢，除此以外，由于采用了串行線纜，不僅可以實現(xiàn)更長的連接距離，還能夠提高抗干擾能力，并且這種細細的線纜還可以顯著改善機箱內部的散熱情況。

1 針對關鍵技術中存在的問題的解決措施

與現(xiàn)有的化學發(fā)泡電纜相比較，物理發(fā)泡電纜具有如下的設計特點：傳輸性能穩(wěn)定、低衰減量、速度快。因此本項目在研究中主要采取下列方法解決物理發(fā)泡存在的關鍵技術問題。

第一，為達到減小特性阻抗波動數(shù)提高傳輸性能，采用三層共擠全自動物理發(fā)泡押出機押出芯線新工藝代替化學發(fā)泡押出，提高發(fā)泡度達到降低相對介電常數(shù)、減小線材特性阻抗的波動、提高傳輸性能穩(wěn)定性及減少絕緣外徑的目的，研究控制芯線變型的技術工藝。

第二，為達到減小電纜的扭轉的目的，通過平行對包帶設備，使對線不需要扭轉，減少電纜在成纜的扭轉、變形；通過精密張力放線裝置和收線裝置，保持兩芯線張力一致，物理長度一樣和極高的對稱性，確保線纜結構穩(wěn)定。

第三，為達到降低發(fā)泡線壓扁變形的目的，通過采用熱熔透明麥拉繞包，并同時加熱，起到定形作用。用此方式，完成品無需加押外層絕緣即可投入使用，減少外被押出時對發(fā)泡芯線的損傷，確保高頻衰減量。

第四，產品研制、試產之后，根據(jù)產品質量和性能，依據(jù)概率與統(tǒng)計理論，分析工藝流程對產品質量的影響，改進工藝流程。

2 新型線纜研發(fā)使用技術分析

2.1 三層共擠高發(fā)泡絕緣芯線控制技術

S-F-S泡皮三層共擠技術，控制芯線變型，達到降低電容、提高傳輸速度和傳輸穩(wěn)定性的目的。在芯線發(fā)泡絕緣層的押出過程中必須嚴格控制注氮的氣流量、押出機轉速、押出機口模及芯線的牽伸速率和拉伸倍率的匹配。為滿足產品最終的使用性能，芯線絕緣層的發(fā)泡度要求達到60%以上，發(fā)泡后的介電常數(shù)為1.50以下，同心度控制在95%以上，絕緣外徑公差≤±0.05mm，電容公差≤±1.5pF/m。

2.2 自主設計免對模具

打破以往用傳統(tǒng)模具押出方式，新置免對機頭并配對免對模具押出，擺脫傳統(tǒng)調機模式。在效率上，用傳統(tǒng)模具需要卜2小時，免對模具只需15-30分鐘就能解調試合格，有效提升生產效率。傳統(tǒng)模具費品率在2-3%，采用新設計免對模具后費品率降低到0.8%。

2.3 扁平線纜包帶地線芯線定位技術突破

設計一套上下帶U型槽導輪模和平行導桿裝置，在平行包帶時，將兩根地線和兩根芯線嵌入其中，四根導體切面整齊排列在同一水平線上，芯線不扭轉，確保信號傳輸時的對稱性和完整性。有效保證穩(wěn)產品質量。

3 新型MINI SAS芯線線纜性能研究

3.1 高頻率下信號衰減量

MINI SAS芯線采用高發(fā)泡低介電系數(shù)，達到降低衰減的目的，通過用物理發(fā)泡代替化學發(fā)泡，發(fā)泡度由原來30%提高到70%左右，介質相對介電常數(shù)由原來的1.78以上降低到1.50，甚至更低。當衰減頻率測到7.5GHz時，衰減量在-6dB/m以內。此標準在同行業(yè)內屬領先水平。

3.2 對稱信號線延時差控制技術

平行對雙層繞包技術，繞包設備采用電腦自動調節(jié)放線張力和收線張力，對稱信號線保持物理長度一致。包帶模具定位技術，芯線與地線保持同一水平線，在物理長度和形狀上更加對稱。通過此項技術，信號線的對間延時差可達到10PS/M之標準。

3.3 高性能、低成本聚烯烴泡沫

通過聚乙烯（PE）原料和配方的選擇，制備能夠滿足芯線使用需求的具有發(fā)泡密度適中，泡孔均勻的HDPE微孔發(fā)泡材料。并通過多種檢測手段獲取泡沫密度、泡孔結構和皮芯層厚度分布、及力學性能（拉伸性能、抗沖性能、耐壓縮性能等）等重要參數(shù)，建立原料配方和泡沫結構與性能的相關性。

通過加工工藝參數(shù)（各段溫度、螺桿轉速、口模和牽伸倍率等）及設備的調整，獲得發(fā)泡穩(wěn)定，皮芯層厚度均勻，比例適當?shù)男揪€。通過TEM電鏡的超薄切片觀察泡沫的內部結構，判定產品的最終性能。

研究與線纜的傳輸性能密切相關的線纜導體的材質、結構形式、屏蔽層和絕緣層結構與組成、擠出工藝等諸多因素與傳輸性能的關系。

實時檢測設備的安裝：通過安裝實時檢測設備，可以實現(xiàn)生產過程中對信號線水中電容和外徑進行實時監(jiān)控，且外徑和電容測量具備系統(tǒng)反饋功能，使生產線構成閉環(huán)系統(tǒng)，自動控制絕緣外徑和發(fā)泡度，保證生產質量的穩(wěn)定可靠，從而達到減少廢品發(fā)生率，節(jié)約原材料成本，提高生產效率。

信號傳輸線纜的電磁兼容性能的提高，使電纜在復雜電磁環(huán)境中信號傳輸?shù)母臃€(wěn)定、可靠。通過改進電纜的屏蔽衰減、阻抗、串音、電磁兼容性能，通過鋁箔繞包屏蔽熱熔麥拉定型，增加了線材電氣特性的穩(wěn)定性。差分阻抗可達到100±50hms；差分轉共模衰減值在-25dB/m @10-7500MHz以下。

3.4 技術實現(xiàn)的創(chuàng)新性能

第一，三層發(fā)泡芯線同時擠出生產控制技術的創(chuàng)新。通過設計特殊的生產模具及自動調節(jié)的溫水生產控制，保證了線徑及電容的穩(wěn)定，芯線線徑控制在±0.02mm以內，水中電容控制在±0.5pf/m以內。

第二，信號對特殊制程控制技術的創(chuàng)新。針對一次絞線首次使用了雙層屏蔽分離生產的方法，減小了絞線對芯線的破壞性，能保證對內延遲差（Intra-PairSkew）控制在lOps/m，特性阻抗（Impedance）控制在95-105歐姆。

第三，采用自動焊接控定時技術。在線材加工時，采用先進的全自動進口激光剝皮機和自動焊接機，客服了在加工時對線材的破壞性，滿足各項性能指標。以便連接器在高速服務器上的電氣設施上體現(xiàn)最大化的功能。