商业协议和航空航天布线：找到正确的平衡

一些提示，可帮助您为所需应用选择正确的电缆类型。

为您所需的应用选择正确类型的电缆的一些技巧。

航空航天应用中的商业协议给设计人员带来了平衡标准与应用特殊需求的挑战。在物理层，用于千兆位和 10 位千兆位以太网、USB、IEEE 1394 和其他标准的电缆是这种平衡行为的典型例子。这些协议的标准详细说明了电缆的电气和结构要求。标准的一个目标是以足够的特异性表征电缆，以便它们可以自信地插入应用程序。

对于商业应用，这种方法非常有效。对航空航天应用的额外关注促使设计人员重新考虑这种方便的即插即用方法。他们的主要驱动力是在飞机上抓住一切机会减小尺寸和重量。随着飞机运营和乘客服务中的数据量急剧增加，传输数据所需的导体数量也在增加。总的来说，商用电缆是减小尺寸和重量的一个有吸引力的目标。同时，行业标准电缆可能不具备所需的机械或环境性能，尤其是在难以或不可能安全出口的封闭空间中对低发烟、低毒性和可燃性的苛刻要求。

Cat 电缆案例

考虑使用用于千兆以太网的 Cat 5e 电缆。其典型的商业结构是带有聚乙烯绝缘层和 PVC 护套的 24 AWG 实心裸铜导体。 ANSI/TIA 568-C.2 标准定义了衰减、插入损耗、回波损耗、串扰和许多其他标准的电气要求。出于我们的目的，我们将关注插入损耗。这个特性在很大程度上决定了允许的电缆距离（假设满足串扰目标）。

图 1. 航空航天应用越来越多地使用成熟的商业协议进行高速数据传输

考虑定义用于航空航天的 Cat 5e 电缆的典型进程。每一步都会增加衰减和插入损耗，有效地减少了允许的电缆长度。 TE Con​​nectivity 与航空航天设计师密切合作，制定满足应用协议目标以及尺寸、重量和稳健性要求的布线解决方案。

绞合导体在空间受限的飞机中安装和布线电缆时提供了更大的灵活性。虽然 568-C.2 标准认可短跳线的绞合导体，但它指定了用于骨干需求的实心导体，因为它们的插入损耗较低。从实心导体到绞合导体的变化允许插入损耗增加20%，这将导致最大电缆走线长度减少20%。

许多航空航天应用指定镀银铜合金导体，因为它们具有高抗拉强度。从纯铜转向铜合金会使插入损耗再增加 10%，具体取决于电缆设计。更小的导体可以减轻重量，这解释了向 26 AWG 甚至 28 AWG 发展的趋势。图 2 显示了不同导体的实际距离。通过使用薄壁、低介电常数的电介质和更坚韧的护套材料，还可以进一步减小尺寸和重量。

图 2。 节省尺寸和重量的电缆配置满足了对缩短距离的高速以太网的需求。

支持 10G 以太网的 Cat 6A 电缆也有类似的权衡。

USB 案例

USB 2.0/3.0 应用与 Cat 5e 以太网应用呈现出相反的情况。设计人员希望将传输距离扩展到 USB 2.0 的标准 5 米以外。 （USB 3.0 没有规定最大电缆长度，但商用电缆的实际长度为 3 米。）由于 USB 支持电源和数据，设计人员需要同时考虑电源线的压降和数据线的插入损耗。另一个问题是延迟时间：对于 USB 2.0 中的电缆，端到端 26 ns 或每米 5.2 纳秒。

扩展 USB 的数据长度涉及导体尺寸和绝缘类型（以及实心或泡沫）。虽然较大的导体可以降低插入损耗，但传播速度对于满足延迟要求更为关键。高速绝缘将允许更长的距离而不会增加延迟时间。低密度 PTFE 和泡沫 FEP 的传播速度比商用 USB 电缆中使用的聚乙烯快 13% 到 25%。暂时不考虑插入损耗，低密度 PTFE 或泡沫 FEP 可以将距离延长至 6.3 米，同时仍能满足延迟时间要求。图 3 显示了替代绝缘材料如何延长 USB 电缆距离的示例。

图 3。 绝缘选择会影响可能的 USB 电缆长度。

IEEE 1394 的案例

作为数据骨干网的 IEEE 1394 开始在航空航天市场占据一席之地。系统设计人员正在移除为终端设备或传感器供电的组件。仅提供两个数据对的四轴电缆结构提供了最小、最轻的电缆配置。根据导体 AWG，最大电缆长度范围可以从 50 到 80+ 英尺。然后通过适当尺寸的单独电线为设备供电，以满足输入电压要求。

实现坚固性

绝缘和护套的选择也会影响电缆的坚固性。符合标准的电缆可以用一系列聚合物制造，以满足对耐化学性/燃料、扩展温度、低释气、毒性、火焰特性、柔韧性和其他因素的特殊要求。为了满足航空航天应用对烟雾、毒性、可燃性和其他环境要求的苛刻要求，这些材料比商业建筑中使用的材料更昂贵。

现成的还是经过设计的？

虽然 ANSI/TIA 568 或 USB 等标准在允许以千篇一律的方式部署应用程序方面发挥着重要作用，但它们可以被视为强制要求或建议。对于大多数用户来说，它们是强制性的。知道满足所有 Cat 5e 规范的电缆可以保证它在应用指南内工作。然而，从长远来看，信道性能胜过组件性能：关键问题是提供具有接收器要求的信号完整性的信号。存在标准以确保这种交付。只要满足总体应用要求，航空航天设计人员将接受性能规格的一些修改。

这种电缆可能很容易获得，也可能是半定制的。例如，TE 在创建电缆以帮助实现特定目标方面拥有丰富的经验。这样的经验使我们能够平衡各种权衡，不仅要满足高速协议要求，还要满足对更小、更轻、也能承受应用危险的电缆的需求。

本文最初由 TE Con​​nectivity 发表。您可以在此处查看更多他们的白皮书。

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