行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電纜不具備航空航天應(yīng)用所需的機械與環(huán)境性能。

航空航天布線應(yīng)用越來越多地通過成熟的商業(yè)協(xié)議進行高速數(shù)據(jù)傳輸。TE供圖

尺寸小而重量輕的電纜配置可以滿足較短距離的高速以太網(wǎng)傳輸需求。圖中的各個條形分別表示不同導(dǎo)線的實際傳輸距離。TE供圖

即使經(jīng)濟艙中的乘客也都希望能夠隨時訪問音頻、視頻和游戲。高速電纜可以很好地滿足他們的需求。波音公司供圖

CeeLok FAS-X連接器在軍事和航空航天高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，均可提供可靠、一致的高速性能。TE供圖

飛機營運和乘客服務(wù)中的數(shù)據(jù)量急劇增加，承載數(shù)據(jù)所需的導(dǎo)線數(shù)量也隨之增加。Ecolift公司供圖

航空航天應(yīng)用中的商業(yè)協(xié)議為設(shè)計人員帶來了一定的挑戰(zhàn)，要求他們在標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用的特定需求方面尋找平衡。

在物理層中，用于千兆和萬兆以太網(wǎng)、USB、IEEE 1394及其他協(xié)議的電纜便是實現(xiàn)這種平衡的一大示例。這些協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)地規(guī)定了電纜的電氣和結(jié)構(gòu)要求。設(shè)立這些標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)之一是為了充分地描述電纜的特征，以便您找到相應(yīng)的電纜，安心地插入自己的應(yīng)用。

這種方法非常適合商業(yè)應(yīng)用。不過，航空航天應(yīng)用還需要關(guān)注其他一些問題，因此設(shè)計人員必須對這種便捷的即插即用方法予以重新考慮。主要的驅(qū)動因素是盡可能縮減飛機的尺寸和重量。飛機營運和乘客服務(wù)中的數(shù)據(jù)量急劇增加，承載數(shù)據(jù)所需的導(dǎo)線數(shù)量也隨之增加。總的來說，商用電纜是縮減尺寸和重量的重點領(lǐng)域。同時，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電纜不具備航空航天應(yīng)用所需的機械與環(huán)境性能，尤其是不能滿足難以或無法安全逃生的密閉空間對于較低煙霧生成、毒性和可燃性的嚴(yán)苛要求。

Cat電纜案例

以用于千兆以太網(wǎng)的Cat 5e電纜為例。其典型的商用結(jié)構(gòu)包括24 AWG實心裸銅導(dǎo)線、聚乙烯絕緣層和PVC護套。ANSI/TIA 568-C.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了它的衰減、插入損耗、回波損耗、串?dāng)_等電氣要求。我們在這里重點考慮插入損耗。該特性在很大程度上決定了容許電纜長度(假設(shè)滿足串?dāng)_目標(biāo))。

進一步考慮用于航空航天的Cat 5e電纜。距離每增加一步，都會導(dǎo)致電纜的衰減和插入損耗增加，最終減小其容許長度。TE與航空航天設(shè)計人員密切合作，精心制定符合應(yīng)用協(xié)議目標(biāo)以及尺寸、重量和皮實性要求的布線方案。

絞合導(dǎo)線在空間有限的飛機上安裝和布線具有更大的靈活性。雖然568-C.2標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為絞合導(dǎo)線可用于短接插線，但它規(guī)定干線必須采用實心導(dǎo)線，因為實心導(dǎo)線的插入損耗比較低。如果將實心導(dǎo)線換成絞合導(dǎo)線，那么插入損耗會增加20%，導(dǎo)致最大電纜走線長度也減少20%。

許多航空航天應(yīng)用都指定使用鍍銀的銅合金導(dǎo)線，因為這樣的導(dǎo)線具有較高的抗拉強度。純銅換成銅合金，插入損耗將會再增加10%左右，具體取決于電纜設(shè)計。

尺寸較小的導(dǎo)線可以減輕重量，這也是26 AWG甚至28 AWG的發(fā)展趨勢日益明顯的原因所在。此外，使用薄壁、低介電常數(shù)的電介質(zhì)和更加堅韌的護套材料也可以進一步降低尺寸和重量。

USB案例

USB 2.0和3.0應(yīng)用與Cat 5e以太網(wǎng)應(yīng)用的情況恰好相反。設(shè)計人員希望將USB 2.0的傳輸距離延長到標(biāo)準(zhǔn)的5米以上(USB 3.0沒有規(guī)定最大電纜長度，但商用電纜的實際長度為3米)。由于USB支持電源和數(shù)據(jù)，因此設(shè)計人員需要同時考慮電源線的壓降和數(shù)據(jù)線的插入損耗。另一個問題是時延：USB 2.0電纜的端到端時延為26納秒，每米時延為5.2納秒。

延長USB的數(shù)據(jù)傳輸距離涉及導(dǎo)線尺寸和絕緣類型(以及絕緣層是固體還是發(fā)泡材料)。雖然尺寸較大的導(dǎo)線可以降低插入損耗，但是傳輸速度對于滿足時延要求更為關(guān)鍵。高速絕緣有助于實現(xiàn)更長的傳輸距離，而不會增加時延。低密度聚四氟乙烯(PTFE)和發(fā)泡氟化乙烯丙烯(FEP)的傳輸速度比商用USB電纜使用的聚乙烯大約要快13%-25%。即便不考慮插入損耗，低密度PTFE或發(fā)泡FEP也可將傳輸距離延長至6.3 米，同時仍可滿足時延要求。

IEEE 1394案例

IEEE 1394作為一種數(shù)據(jù)接口技術(shù)，已在航空航天市場占據(jù)一席之地。系統(tǒng)設(shè)計人員開始移除為終端設(shè)備或傳感器供電的組件。IEEE 1394的四軸電纜結(jié)構(gòu)僅提供兩個數(shù)據(jù)對，因此可以實現(xiàn)尺寸最小、重量最輕的電纜配置。根據(jù)導(dǎo)線尺寸的不同，最大電纜長度可達50英尺甚至80英尺以上。然后，通過適當(dāng)尺寸的其他導(dǎo)線給設(shè)備供電，以滿足輸入電壓要求。

實現(xiàn)堅固耐用性

絕緣和護套的選擇也會影響電纜的堅固耐用性。標(biāo)準(zhǔn)電纜的制作可以使用一系列的聚合物，以滿足耐受化學(xué)和燃油、擴大溫度范圍、低釋氣、低毒、阻燃、柔韌等特定要求。而為了滿足航空航天應(yīng)用嚴(yán)苛的煙霧、毒性、可燃性及其他環(huán)境要求，絕緣和護套的材料往往比商用電纜結(jié)構(gòu)所用的材料更為昂貴。

現(xiàn)貨供應(yīng)還是量身定制?

雖然ANSI/TIA 568和USB等標(biāo)準(zhǔn)有助于以統(tǒng)一的方式來部署應(yīng)用，但是我們既可視其為強制性的要求，也可視其為非強制性的建議。對于大多數(shù)用戶來說，它們是強制性的要求。了解電纜符合所有Cat 5e技術(shù)規(guī)范，即可確保它在應(yīng)用中能夠有效地發(fā)揮作用。然而，長遠(yuǎn)來看，信道性能必須優(yōu)于組件性能：重要的是交付的信號必須具有接收器所需的信號完整性。標(biāo)準(zhǔn)的存在是為了確保信號的交付。只要滿足總體的應(yīng)用要求，航空航天設(shè)計人員就能夠接受性能規(guī)范的部分修改。

這樣的電纜可以現(xiàn)貨供應(yīng)，也可以半定制。例如，TE在打造符合特定用途的電纜方面有著十分豐富的經(jīng)驗。這些經(jīng)驗使得我們能夠平衡各個方面的因素，通過尺寸更小、重量更輕的電纜，既滿足高速傳輸?shù)囊?，同時承受各種應(yīng)用風(fēng)險。