新型高速復合數據傳輸線纜的研究與開發

白建文++江游

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

關鍵詞 高速復合；數據傳輸；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、串行連接技術的優勢綜合到了一起，協議基礎結構通過串行通訊協議建立，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議。MINI-SAS隨著價格的調整，優勢更為明顯，從兼容大容量SATA磁盤所體現出的高速的性能表現，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勢，除此以外，由于采用了串行線纜，不僅可以實現更長的連接距離，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

與現有的化學發泡電纜相比較，物理發泡電纜具有如下的設計特點：傳輸性能穩定、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泡存在的關鍵技術問題。

第一，為達到減小特性阻抗波動數提高傳輸性能，采用三層共擠全自動物理發泡押出機押出芯線新工藝代替化學發泡押出，提高發泡度達到降低相對介電常數、減小線材特性阻抗的波動、提高傳輸性能穩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，確保線纜結構穩定。

第三，為達到降低發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，根據產品質量和性能，依據概率與統計理論，分析工藝流程對產品質量的影響，改進工藝流程。

2 新型線纜研發使用技術分析

2.1 三層共擠高發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定性的目的。在芯線發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，芯線絕緣層的發泡度要求達到60%以上，發泡后的介電常數為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，擺脫傳統調機模式。在效率上，用傳統模具需要卜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芯線采用高發泡低介電系數，達到降低衰減的目的，通過用物理發泡代替化學發泡，發泡度由原來30%提高到70%左右，介質相對介電常數由原來的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泡密度適中，泡孔均勻的HDPE微孔發泡材料。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，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（各段溫度、螺桿轉速、口模和牽伸倍率等）及設備的調整，獲得發泡穩定，皮芯層厚度均勻，比例適當的芯線。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，可以實現生產過程中對信號線水中電容和外徑進行實時監控，且外徑和電容測量具備系統反饋功能，使生產線構成閉環系統，自動控制絕緣外徑和發泡度，保證生產質量的穩定可靠，從而達到減少廢品發生率，節約原材料成本，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境中信號傳輸的更加穩定、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 技術實現的創新性能

第一，三層發泡芯線同時擠出生產控制技術的創新。通過設計特殊的生產模具及自動調節的溫水生產控制，保證了線徑及電容的穩定，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最大化的功能。