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        新型高速復(fù)合數(shù)據(jù)傳輸線纜的研究與開發(fā)

        2015-12-26 15:35:43白建文江游
        科學(xué)家 2015年10期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)傳輸

        白建文++江游

        摘要 文章通過結(jié)合當(dāng)前我國線纜生產(chǎn)現(xiàn)狀,開發(fā)了符合市場需求的新型數(shù)據(jù)線產(chǎn)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(diǎn)發(fā)展支持項(xiàng)目,還符合國家發(fā)展和改革委員會(huì)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2013年本)》的鼓勵(lì)類第二十八款“信息產(chǎn)業(yè)”中第7條“寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造與建設(shè)”鼓勵(lì)投資項(xiàng)目,研制新型高速復(fù)合數(shù)據(jù)傳輸線纜對(duì)促進(jìn)深圳市乃至廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著非常重要的作用。

        關(guān)鍵詞 高速復(fù)合;數(shù)據(jù)傳輸;MINI-SAS

        中圖分類號(hào) TN91

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

        文章編號(hào)2095-6363(2015)10-0030-01

        SAS是連接磁盤的串行SCSI技術(shù),它將并行SCSI、串行連接技術(shù)的優(yōu)勢綜合到了一起,協(xié)議基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通過串行通訊協(xié)議建立,通過SCSI-3進(jìn)行指令集擴(kuò)展,并且還對(duì)SATA設(shè)備進(jìn)行兼容,是多層次的存儲(chǔ)設(shè)備連接協(xié)議。MINI-SAS隨著價(jià)格的調(diào)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(gè)磁盤設(shè)備的極佳的擴(kuò)展能力,以及MINI-SAS設(shè)備對(duì)24×7的多線程設(shè)計(jì)的支持,將不僅能為用戶實(shí)現(xiàn)分層存儲(chǔ)提供了有力的支持,更可以可滿足多任務(wù)的應(yīng)用一從硬盤廠商的測試情況來看,在磁盤轉(zhuǎn)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(jī)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(shí)現(xiàn)更長的連接距離,還能夠提高抗干擾能力,并且這種細(xì)細(xì)的線纜還可以顯著改善機(jī)箱內(nèi)部的散熱情況。

        1 針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)中存在的問題的解決措施

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

        第一,為達(dá)到減小特性阻抗波動(dòng)數(shù)提高傳輸性能,采用三層共擠全自動(dòng)物理發(fā)泡押出機(jī)押出芯線新工藝代替化學(xué)發(fā)泡押出,提高發(fā)泡度達(dá)到降低相對(duì)介電常數(shù)、減小線材特性阻抗的波動(dòng)、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(shù)工藝。

        第二,為達(dá)到減小電纜的扭轉(zhuǎn)的目的,通過平行對(duì)包帶設(shè)備,使對(duì)線不需要扭轉(zhuǎn),減少電纜在成纜的扭轉(zhuǎn)、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(duì)稱性,確保線纜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

        第三,為達(dá)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(shí)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(shí)對(duì)發(fā)泡芯線的損傷,確保高頻衰減量。

        第四,產(chǎn)品研制、試產(chǎn)之后,根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和性能,依據(jù)概率與統(tǒng)計(jì)理論,分析工藝流程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響,改進(jìn)工藝流程。

        2 新型線纜研發(fā)使用技術(shù)分析

        2.1 三層共擠高發(fā)泡絕緣芯線控制技術(shù)

        S-F-S泡皮三層共擠技術(shù),控制芯線變型,達(dá)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(yán)格控制注氮的氣流量、押出機(jī)轉(zhuǎn)速、押出機(jī)口模及芯線的牽伸速率和拉伸倍率的匹配。為滿足產(chǎn)品最終的使用性能,芯線絕緣層的發(fā)泡度要求達(dá)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(shè)計(jì)免對(duì)模具

        打破以往用傳統(tǒng)模具押出方式,新置免對(duì)機(jī)頭并配對(duì)免對(duì)模具押出,擺脫傳統(tǒng)調(diào)機(jī)模式。在效率上,用傳統(tǒng)模具需要卜2小時(shí),免對(duì)模具只需15-30分鐘就能解調(diào)試合格,有效提升生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)模具費(fèi)品率在2-3%,采用新設(shè)計(jì)免對(duì)模具后費(fèi)品率降低到0.8%。

        2.3 扁平線纜包帶地線芯線定位技術(shù)突破

        設(shè)計(jì)一套上下帶U型槽導(dǎo)輪模和平行導(dǎo)桿裝置,在平行包帶時(shí),將兩根地線和兩根芯線嵌入其中,四根導(dǎo)體切面整齊排列在同一水平線上,芯線不扭轉(zhuǎn),確保信號(hào)傳輸時(shí)的對(duì)稱性和完整性。有效保證穩(wěn)產(chǎn)品質(zhì)量。

        3 新型MINI SAS芯線線纜性能研究

        3.1 高頻率下信號(hào)衰減量

        MINI SAS芯線采用高發(fā)泡低介電系數(shù),達(dá)到降低衰減的目的,通過用物理發(fā)泡代替化學(xué)發(fā)泡,發(fā)泡度由原來30%提高到70%左右,介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)由原來的1.78以上降低到1.50,甚至更低。當(dāng)衰減頻率測到7.5GHz時(shí),衰減量在-6dB/m以內(nèi)。此標(biāo)準(zhǔn)在同行業(yè)內(nèi)屬領(lǐng)先水平。

        3.2 對(duì)稱信號(hào)線延時(shí)差控制技術(shù)

        平行對(duì)雙層繞包技術(shù),繞包設(shè)備采用電腦自動(dòng)調(diào)節(jié)放線張力和收線張力,對(duì)稱信號(hào)線保持物理長度一致。包帶模具定位技術(shù),芯線與地線保持同一水平線,在物理長度和形狀上更加對(duì)稱。通過此項(xiàng)技術(shù),信號(hào)線的對(duì)間延時(shí)差可達(dá)到10PS/M之標(biāo)準(zhǔn)。

        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(jié)構(gòu)和皮芯層厚度分布、及力學(xué)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(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。

        通過加工工藝參數(shù)(各段溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、口模和牽伸倍率等)及設(shè)備的調(diào)整,獲得發(fā)泡穩(wěn)定,皮芯層厚度均勻,比例適當(dāng)?shù)男揪€。通過TEM電鏡的超薄切片觀察泡沫的內(nèi)部結(jié)構(gòu),判定產(chǎn)品的最終性能。

        研究與線纜的傳輸性能密切相關(guān)的線纜導(dǎo)體的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式、屏蔽層和絕緣層結(jié)構(gòu)與組成、擠出工藝等諸多因素與傳輸性能的關(guān)系。

        實(shí)時(shí)檢測設(shè)備的安裝:通過安裝實(shí)時(shí)檢測設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中對(duì)信號(hào)線水中電容和外徑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,且外徑和電容測量具備系統(tǒng)反饋功能,使生產(chǎn)線構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),自動(dòng)控制絕緣外徑和發(fā)泡度,保證生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定可靠,從而達(dá)到減少廢品發(fā)生率,節(jié)約原材料成本,提高生產(chǎn)效率。

        信號(hào)傳輸線纜的電磁兼容性能的提高,使電纜在復(fù)雜電磁環(huán)境中信號(hào)傳輸?shù)母臃€(wěn)定、可靠。通過改進(jìn)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(dá)到100±50hms;差分轉(zhuǎn)共模衰減值在-25dB/m @10-7500MHz以下。

        3.4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新性能

        第一,三層發(fā)泡芯線同時(shí)擠出生產(chǎn)控制技術(shù)的創(chuàng)新。通過設(shè)計(jì)特殊的生產(chǎn)模具及自動(dòng)調(diào)節(jié)的溫水生產(chǎn)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(nèi),水中電容控制在±0.5pf/m以內(nèi)。

        第二,信號(hào)對(duì)特殊制程控制技術(shù)的創(chuàng)新。針對(duì)一次絞線首次使用了雙層屏蔽分離生產(chǎn)的方法,減小了絞線對(duì)芯線的破壞性,能保證對(duì)內(nèi)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(dòng)焊接控定時(shí)技術(shù)。在線材加工時(shí),采用先進(jìn)的全自動(dòng)進(jìn)口激光剝皮機(jī)和自動(dòng)焊接機(jī),客服了在加工時(shí)對(duì)線材的破壞性,滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)。以便連接器在高速服務(wù)器上的電氣設(shè)施上體現(xiàn)最大化的功能。

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