为高速应用选择缆线

随着世界上的无线应用越来越多，具有讽刺意味的是，在高速环境中使用电线和电缆变得越来越有必要。Danaher Motion公司（伊利诺伊州伍德戴尔市）的一名名叫Carroll Wontrop的高级系统工程师说：“无线方式是竞争对手，但是从习惯上而言，让用户进行转换可能很难”。

人们担心无线通信会很容易受到其他无线通信的干扰。因此，设计工程师和系统设计人员在选择正确的连接方式时肩负着前所未有的压力。

那么，在为高速数据传输应用指定连接方式时，电气工程师究竟应该了解和考虑那些因素呢？我曾经就这个问题询问过一些具有各种背景的业内专业人士。希望这个引子能够让选择的过程变得稍微简单一些。

光缆和铜线电缆

光缆对电缆的挑战由来已久。虽然光纤光缆在性能上有明确的优势，而且通常被认为将在某个时刻将完全取代电缆，但是电缆仍然一直存在，这在很大程度上是因为它的可靠性、品质以及大部分现有基础设施都对电缆提供了很好的兼容性这一事实。所以，许多设计人员不知道应该如何取舍。

Samtec（印第安纳州新奥尔巴尼）公司的高速电缆技术经理Emad Soubh觉得，只要配置得当，这两种方案都同样可靠，否则都存在问题。但是电缆的问题要少得多，人们更加了解电缆而且电缆后向兼容性更好一些。

话虽如此，但Corning公司的最新进展或许能够将此前的局势扭转，使之有利于光纤方案。但是就光纤方案最终能否一劳永逸地取代电缆，专家们有不同的看法。

Soubh说：“我的看法是它们将一直共存，直到最后某项技术胜出，但目前我看不到发生这种情况的迹象。”

但是Wontrop相信光纤具有明确的优势，而这种优势决定了它将主宰市场。Wontrop说：“电缆连接将继续存在，但随着光纤连接器的问题得到解决，由于它具有自身固有的噪声免疫性能，它很可能会主宰市场。”他还谈到：“转而使用光纤光缆需要用户更换连接器插座，而且为了提高速率他们需要更换电路板上的FPGA芯片或者对芯片进行重新编程。”

数据单

存在很多种高速电缆的数据单规格，但是我所认识的工程师认同一些更重要的规格。Avnet IP&E（亚利桑那州菲尼克斯）的高级副总裁Pat Wastal认为衰减、阻抗、传输延迟、歪斜失真、屏蔽效果以及电容是电气工程师可以从数据单中获取的最重要的规格。Soubh推荐设计人员通过查看插入损耗、电缆长度以及抗挠寿命规格作为选择的出发点。

缆线类型

尽管铜线电缆和光缆构架是高速缆线两种可选的基本类型，但是在每种类别中都有许多具有大量不同选项的不同类型可供选择。一些较常见的（电缆）方案包括微型同轴电缆、阻抗可控的带状电缆、双轴电缆以及屏蔽双绞线。基于铜线的其他缆线类型包括：并行电线、四轴电缆以及微波电缆（RG系列，微波同轴电缆）。

光纤光缆主要分为3种：单模、多模和塑料光学光纤（POF）。单模的特点是只有一股石英光纤，它比多模光纤昂贵，但是它的传输速率更高且传输距离比多模多50倍。低成本的POF是一种可以与玻璃性能相媲美的成本较低的选择，但是只能用于较短的距离。

一些高速的缆线现在也被设计用于处理信号、功率或者数据的传输。但是将所有数据混杂在一起有其固有的问题。正如Wontrop所说：“这样做很好，但是信号中以及数据传输信号中的大功率噪声（共模衰减不好）必须想办法消除。”

10GbE压力

越来越多的即将面世的产品都是专门为10GbE应用设计的，它们极度依赖于用于传输数据信号的电线和电缆。Soubh深信这种压力给电缆制造商造成了很大的压力，制造商现在必须对整个系统进行比以前多得多的考虑。

他说：“电缆制造商必须切实密切注意每种组件并严格地指定每种组件，制造电缆过程中的每一步都必须合格并不断地进行测量以确保没有任何步骤偏离或不符合严格的处理要求。”
Wontrop对这种过渡的看法要更加乐观一些。他说：“大部分工业应用还不需要它，但是一旦时机成熟，用户会想出办法来有效地利用增加的带宽。”

问题和顾虑

不考虑所使用的缆线的类型，设计人员必须准备好解决高速应用和环境中可能突然出现的不可避免的问题。Wontrop提到了设计人员在设计高速电缆时所关心的一些问题，其中包括长期运转可能导致的功率损耗，消除周边辐射和传导电噪声的影响，电缆外壳是否能够经受住目标环境，以及终端连接器的兼容性。

屏蔽和材料

根据应用和目标成本的不同，存在许多可用的屏蔽方法。其中包括标准的编织屏蔽、缠绕屏蔽、铝/聚脂薄膜、金属箔、扁钢丝、铝/聚脂薄膜编织屏蔽或缠绕屏蔽组合、金属箔和编织屏蔽或缠绕屏蔽的组合、双层编织屏蔽、双层缠绕屏蔽以及扁钢丝和编织屏蔽或缠绕屏蔽的组合。
对于铜线电缆而言，护套材料可以从PVC、聚四氟乙烯（FEP）、TPE、TPR以及无卤素聚合物中选择。中心导线通常是由镀银铜线或锡铜材料所制成。

应用

毫无疑问，许多应用使用或者需要使用高速缆线。封装、印染加工、半导体以及电子产业都依赖于高速的连接，Wontrop如是说：“通信速率超过10MHz的高速连接正在应用到所有的工业应用中。”

测试

缆线制造商会在许多不同的可变因素和环境下对自己的产品进行测试。Soubh推荐电气工程师们特别注意阻抗性能的测试、多通道插入/回波损耗、延时以及歪斜失真。应该使用现有的测量方法来确保这个过程可以生产出稳定的/一致的产品。