某型飛機超五類雙絞線特性阻抗測試方法的改進

程佳敏 王倩倩

【摘要】某型機的飛行儀表系統采用超五類雙絞線THSFF5eR1X1X24作為信號線傳輸數字視頻信號。超五類雙絞線對特性阻抗匹配要求較高，同一組五類雙絞線的線間特性阻抗之差不能超過3Ω，否則會影響視頻信號傳輸質量，嚴重時造成飛行儀表顯示器花屏。本文論述了超五類雙絞線特性阻抗測試的原理及方法，通過學習及多次試驗改進了超五類雙絞線特性阻抗的測試方法，保證超五類雙絞線的信號傳輸質量。

【關鍵詞】超五類雙絞線，特性阻抗，測試方法，匹配

1引言

某型飛機的飛行儀表系統采用超五類雙絞線THSFF5eR1X1X24A進行航空電子器件LVDS信號傳輸，電纜裝機后多次出現信號傳輸不穩定、飛行儀表顯示器花屏的故障。

特性阻抗是影響信號品質及完整性的最重要的因素。如果信號傳播過程中，相鄰的信號傳播間隔之間阻抗保持一致，那么信號就可以十分平穩地向前傳播，因而情況變得十分簡單。如果相鄰的信號傳播間隔之間存在差異，或者說阻抗發生了變化，信號中能量的一部分就會往回反射，信號傳輸的連續性也會被破壞，由此會帶來諸如回撥損耗偏大、信號傳輸輻射增大、信號傳輸完整性不足等問題，造成信號傳輸質量差的故障。

為了提高電纜在飛機上的信號傳輸質量，設計要求在電纜加工前對每組超五類雙絞線THSFF5eR1X2X24A的特性阻抗進行測量，要求同一組超五類雙絞線的線間特性阻抗之差不超過3Ω。

根據設計圖紙要求，首次使用線纜認證儀33-991 LANTEK II-350對XXX電纜中10組超五類雙絞線THSFF5eR1X1X24A特性阻抗測量，特性阻抗測量值范圍在93.5-97.7Ω，根據《飛機用特種超5類電纜》XMS1816文件，超五類雙絞線的特性阻抗值應在100±5Ω范圍內。

2 THSFF5eR1X1X24A導線

相比起其它種類的導線，超五類雙絞線具有衰減小，串擾少，衰減與串擾的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）高、延時誤差小、傳輸距離小、傳輸質量高、抗干擾能力強的優點，可在惡劣的環境提供可靠性服務，適用于航空電子器件LVDS信號傳輸。

超五類雙絞線按其絞線對數可分為一對組、二對組、四對組，按是否有屏蔽層可分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線。屏蔽雙絞線可以完全消除線對之間的電磁串擾，屏蔽層可以屏蔽來自電纜外的電纜EMI干擾和無線電RFI干擾。

THSFF5eR1X1X24A導線屬于飛機用特種超5類屏蔽雙絞線（STP），由外護套層、屏蔽層、絕緣層、內導體、填充芯組成，如圖1所示。

3特性阻抗測試

3.1測試原理

特性阻抗時指當導線無限長時該導線所具有的阻抗，是組織電流通過導體的一種電阻名稱，它不是常規意義上的直流電阻。一根導線的特性阻抗是由電纜的電導率、電容以及組織組合后的綜合特性。它由導體的集合尺寸、導體間的中心距離、傳輸線本身的結構、導線絕緣材料的介電常數等因素決定。均勻電纜線對的特性阻抗Zc定義為沿同一方向（正向或反向）的電壓波與電流波之比。

線纜認證儀33-991 LANTEK II-350特性阻抗測試原理是由時域反射計（TDR）向印制板發射出一個信號電壓（高頻信號或高速脈沖信號的電壓），測量出反射回來的電纜變化，然后通過處理計算出特性阻抗值。

TDR時域反射，由高速的階躍脈沖發生器與高速的取樣頭組成。階躍脈沖的上升時間決定了分辨阻抗不連續性的能力。高速采樣頭決定測量時間，即阻抗變化位置的精確度。當傳輸路徑中發生阻抗變化，部分能量會被反射，剩余的能量會繼續傳輸。知道發射波的幅度及測量反射波的幅度，可計算阻抗的變化。同時測量由發射到反射波再到達發射點的時間差可計算阻抗變化的位置。

已知入射的階躍脈沖的幅度，只要測量反射階躍脈沖的幅度，就能得出反射系數P，儀器的輸出阻抗Z0已知，便可計算出阻抗值Z。

Rh0（p）=Vreflected/Vincident=（Z-Z0）/（Z+Z0）

Z=Z0 （1+P）/（1-P）

3.2測試方法

首次使用線纜認證儀33-991 LANTEK II-350測試特性阻抗方法如下：

第一步，將做好標識的THSFF5eR1X1X24A導線平鋪在工作臺上，剝除導線兩端絕緣層;

第二步，校準線纜認證儀，創建測試導線類型，并選擇測試極點;

第三步，使用線接器連接被測導線與線纜認證儀，測試NVP值并保存;

第四步，測試THSFF5eR1X1X24A導線特性阻抗值。

3.3測試結果及分析

首次測量10組THSFF5eR1X1X24A導線特性阻抗值為93.5-97.7Ω，與《飛機用特種超5類電纜》XMS1816文件要求的100±5Ω有所出入。

在多次測量特性阻抗時仔細觀察每一個操作步驟，發現造成問題發生的原因有兩個：

一是線纜認證儀與THSFF5eR1X1X24A導線連接的線接器接觸不好。THSFF5eR1X1X24A導線規格為24AWG，線芯為0.511mm，將導線卡入線接器卡槽中操作難度較大，借用手動固定導線;同時在將導線卡入線接器卡槽時容易損傷線芯，造成特性阻抗測量值有波動。

二是導線剝除尺寸有誤差。特性阻抗值比較敏感，因此對導線的剝除尺寸有嚴格要求：從線對上剝去的護套長度不大于40mm，剝去的屏蔽長度不大于25mm，剝除的絕緣長度不大于8mm，線對松開扭絞的長度不大于13mm。但是，由于導線難以準確裝入卡槽，在剝除導線外護套、屏蔽層、絕緣層時剝除尺寸超出了要求，使得特性阻抗測試值受到了影響。

4測試方法改進

4.1改進方案一

在測試過程中發現當導線測量狀態不同（彎曲、順直）時，特性阻抗的測量值有0.5-1Ω的波動。針對此現象，對一根導線進行了盤卷、順直兩種狀態下的特性阻抗測量，兩種狀態下的測量值如下：

考慮到電纜成型后導線狀態與測試時狀態（順直）不一致，為了保證測量狀態與機上敷設狀態特性阻抗值的一致性，選擇對導線進行兩次特性阻抗值測量，在導線下料后，對單根導線進行第一次預檢測，在電纜裝配成型后，模擬機上實際情況，對裝配成型的插頭進行第二次測量。

4.2改進方案二

針對線接器與導線接觸不好的問題對特性阻抗的測試及標準跳線的制作進行了學習，制定了制作連接線纜認證儀與被測導線的轉接電纜的改進措施。

第一次預檢測，針對剝除絕緣層后裸露線芯的單根導線，制作帶有鱷魚夾的專用轉接電纜，以替換線接器，避免卡槽損傷線芯，造成特性阻抗測量值有波動。

第二次檢測，針對已裝配成型的插頭，制作帶有相應接觸偶的專用轉接電纜，增強對接的牢靠性;同時最大程度的模擬了機上敷設狀態。

制作專用的轉接電纜能夠確保被測導線與線纜認證儀間的無縫連接，減小接觸電阻;同時專用轉接電纜使用簡單方便，可以保證被測導線的剝除尺寸在要求范圍內，提高了特性阻抗測試的準確度。

4.3改進后的測試結果

制作好兩件專用轉接電纜后，在某架機的電纜裝配中進行了試檢測，第一次預檢測特性阻抗值為98.5-102.1Ω，第二次檢測阻抗值在96-99.5Ω，均符合《飛機用特種超5類電纜》XMS1816文件要求。

被測的10組超五類雙絞線同一組特性阻抗差值為0.5-2.8，滿足設計要求的同一組超五類雙絞線的線間特性阻抗之差不超過3Ω，保證了每一組導線之間的特性阻抗是相匹配的，使信號平穩地向前傳輸。

5結束語

特性阻抗是否匹配是影響超五類雙絞線信號傳輸品質及完整性的最重要的因素，它的測量值是否準確尤為關鍵。通過對特性阻抗測量值波動進行原因分析，確定了特性阻抗測試改進方法，實現了線纜認證儀與被測超五類雙絞線的無縫連接，簡化了特性阻抗測試操作，提高了機上電纜超五類雙絞線之間的特性阻抗匹配，使信號傳輸質量得到了保證。