新型高速复合数据传输线缆的研究与开发

白建文++江游

摘要 文章通过结合当前我国线缆生产现状，开发了符合市场需求的新型数据线产品MINI-SAS数据线，新型数据线的开发不仅是广东省和深圳市重点发展支持项目，还符合国家发展和改革委员会《产业结构调整指导目录（2013年本）》的鼓励类第二十八款“信息产业”中第7条“宽带网络设备制造与建设”鼓励投资项目，研制新型高速复合数据传输线缆对促进深圳市乃至广东省经济发展也有着非常重要的作用。

关键词 高速复合；数据传输；MINI-SAS

中图分类号 TN91

文献标识码 A

文章编号2095-6363（2015）10-0030-01

SAS是连接磁盘的串行SCSI技术，它将并行SCSI、串行连接技术的优势综合到了一起，协议基础结构通过串行通讯协议建立，通过SCSI-3进行指令集扩展，并且还对SATA设备进行兼容，是多层次的存储设备连接协议。MINI-SAS随着价格的调整，优势更为明显，从兼容大容量SATA磁盘所体现出的高速的性能表现，以及最多连接16384个磁盘设备的极佳的扩展能力，以及MINI-SAS设备对24×7的多线程设计的支持，将不仅能为用户实现分层存储提供了有力的支持，更可以可满足多任务的应用一从硬盘厂商的测试情况来看，在磁盘转速、碟片直径相同的情况下，MINI-SAS接口的硬盘更是显示出了在随机访问性能方面的极大优势，除此以外，由于采用了串行线缆，不仅可以实现更长的连接距离，还能够提高抗干扰能力，并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。

1 针对关键技术中存在的问题的解决措施

与现有的化学发泡电缆相比较，物理发泡电缆具有如下的设计特点：传输性能稳定、低衰减量、速度快。因此本项目在研究中主要采取下列方法解决物理发泡存在的关键技术问题。

第一，为达到减小特性阻抗波动数提高传输性能，采用三层共挤全自动物理发泡押出机押出芯线新工艺代替化学发泡押出，提高发泡度达到降低相对介电常数、减小线材特性阻抗的波动、提高传输性能稳定性及减少绝缘外径的目的，研究控制芯线变型的技术工艺。

第二，为达到减小电缆的扭转的目的，通过平行对包带设备，使对线不需要扭转，减少电缆在成缆的扭转、变形；通过精密张力放线装置和收线装置，保持两芯线张力一致，物理长度一样和极高的对称性，确保线缆结构稳定。

第三，为达到降低发泡线压扁变形的目的，通过采用热熔透明麦拉绕包，并同时加热，起到定形作用。用此方式，完成品无需加押外层绝缘即可投入使用，减少外被押出时对发泡芯线的损伤，确保高频衰减量。

第四，产品研制、试产之后，根据产品质量和性能，依据概率与统计理论，分析工艺流程对产品质量的影响，改进工艺流程。

2 新型线缆研发使用技术分析

2.1 三层共挤高发泡绝缘芯线控制技术

S-F-S泡皮三层共挤技术，控制芯线变型，达到降低电容、提高传输速度和传输稳定性的目的。在芯线发泡绝缘层的押出过程中必须严格控制注氮的气流量、押出机转速、押出机口模及芯线的牵伸速率和拉伸倍率的匹配。为满足产品最终的使用性能，芯线绝缘层的发泡度要求达到60%以上，发泡后的介电常数为1.50以下，同心度控制在95%以上，绝缘外径公差≤±0.05mm，电容公差≤±1.5pF/m。

2.2 自主设计免对模具

打破以往用传统模具押出方式，新置免对机头并配对免对模具押出，摆脱传统调机模式。在效率上，用传统模具需要卜2小时，免对模具只需15-30分钟就能解调试合格，有效提升生产效率。传统模具费品率在2-3%，采用新设计免对模具后费品率降低到0.8%。

2.3 扁平线缆包带地线芯线定位技术突破

设计一套上下带U型槽导轮模和平行导杆装置，在平行包带时，将两根地线和两根芯线嵌入其中，四根导体切面整齐排列在同一水平线上，芯线不扭转，确保信号传输时的对称性和完整性。有效保证稳产品质量。

3 新型MINI SAS芯线线缆性能研究

3.1 高频率下信号衰减量

MINI SAS芯线采用高发泡低介电系数，达到降低衰减的目的，通过用物理发泡代替化学发泡，发泡度由原来30%提高到70%左右，介质相对介电常数由原来的1.78以上降低到1.50，甚至更低。当衰减频率测到7.5GHz时，衰减量在-6dB/m以内。此标准在同行业内属领先水平。

3.2 对称信号线延时差控制技术

平行对双层绕包技术，绕包设备采用电脑自动调节放线张力和收线张力，对称信号线保持物理长度一致。包带模具定位技术，芯线与地线保持同一水平线，在物理长度和形状上更加对称。通过此项技术，信号线的对间延时差可达到10PS/M之标准。

3.3 高性能、低成本聚烯烃泡沫

通过聚乙烯（PE）原料和配方的选择，制备能够满足芯线使用需求的具有发泡密度适中，泡孔均匀的HDPE微孔发泡材料。并通过多种检测手段获取泡沫密度、泡孔结构和皮芯层厚度分布、及力学性能（拉伸性能、抗冲性能、耐压缩性能等）等重要参数，建立原料配方和泡沫结构与性能的相关性。

通过加工工艺参数（各段温度、螺杆转速、口模和牵伸倍率等）及设备的调整，获得发泡稳定，皮芯层厚度均匀，比例适当的芯线。通过TEM电镜的超薄切片观察泡沫的内部结构，判定产品的最终性能。

研究与线缆的传输性能密切相关的线缆导体的材质、结构形式、屏蔽层和绝缘层结构与组成、挤出工艺等诸多因素与传输性能的关系。

实时检测设备的安装：通过安装实时检测设备，可以实现生产过程中对信号线水中电容和外径进行实时监控，且外径和电容测量具备系统反馈功能，使生产线构成闭环系统，自动控制绝缘外径和发泡度，保证生产质量的稳定可靠，从而达到减少废品发生率，节约原材料成本，提高生产效率。

信号传输线缆的电磁兼容性能的提高，使电缆在复杂电磁环境中信号传输的更加稳定、可靠。通过改进电缆的屏蔽衰减、阻抗、串音、电磁兼容性能，通过铝箔绕包屏蔽热熔麦拉定型，增加了线材电气特性的稳定性。差分阻抗可达到100±50hms；差分转共模衰减值在-25dB/m @10-7500MHz以下。

3.4 技术实现的创新性能

第一，三层发泡芯线同时挤出生产控制技术的创新。通过设计特殊的生产模具及自动调节的温水生产控制，保证了线径及电容的稳定，芯线线径控制在±0.02mm以内，水中电容控制在±0.5pf/m以内。

第二，信号对特殊制程控制技术的创新。针对一次绞线首次使用了双层屏蔽分离生产的方法，减小了绞线对芯线的破坏性，能保证对内延迟差（Intra-PairSkew）控制在lOps/m，特性阻抗（Impedance）控制在95-105欧姆。

第三，采用自动焊接控定时技术。在线材加工时，采用先进的全自动进口激光剥皮机和自动焊接机，客服了在加工时对线材的破坏性，满足各项性能指标。以便连接器在高速服务器上的电气设施上体现最大化的功能。