高速傳輸差分電纜組件失效案例分析

黨艷銀，陳永生

(江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222000)

高速傳輸差分電纜組件失效案例分析

黨艷銀，陳永生

(江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222000)

摘要：隨著電子技術的飛速發展和不斷提高，產品電裝設計對電子設備內的電纜提出了更高的要求。電纜組件的制造工藝性也較以前變得更加復雜和多樣，而電纜組件的裝配質量則是影響整機電氣可靠性的關鍵因素之一。以整機電裝中最關鍵的高速傳輸差分電纜為例，先介紹了高速傳輸差分信號技術在電子產品中的應用，然后列舉了差分電纜在日常工作中常見的一些失效案例，并對其進行了分析，提出了差分電纜制作過程中的關鍵點及其控制建議，為生產高可靠性產品提供了有力的工藝保障。

關鍵詞：電裝設計；電纜組件；差分信號；失效案例

隨著近幾年數據傳輸總線速率的不斷提高，傳統的總線協議已經不能夠滿足要求，高速數據傳輸差分信號傳輸技術的出現滿足了當代設計師的要求，并被廣泛應用于各類產品中。與傳統的傳輸方式相比，差分信號傳輸技術具有低功耗、低誤碼率、低串擾和低輻射等特點[1]，其原理是2根信號線上傳輸著一對幅值相等、相位相反的信號，在傳輸時，電纜上感應的干擾電壓極為接近，在終端上通過一個比較器來過濾掉干擾信號，從而保證差分信號在經過電連接器時為其提供可控阻抗，減小對差分信號的畸變影響，以達到信號高速傳輸、暢通穩定的目的。差分電連接器就是依據該原理而設計的，常用的差分電連接器有JY599系列和YMG系列，另外還有S6、S7和矩形RD等型號。

1差分電纜組件結構特點

差分電纜組件主要由線纜及電連接器組成，其組成如圖1所示。目前與之匹配的線纜多為雙屏蔽雙絞電纜，個別為單屏蔽雙絞電纜。具體如圖2所示。

目前，差分電連接器應用最多的為YMG型差分電連接器(見圖2b)。基本上由連接器主體、中段尾罩及末端尾罩3個部分組成，帶2個尾罩的一般都是屏蔽類尾罩，有些廠家只有1個尾罩，是非屏蔽類尾罩。連接器主體由殼體、絕緣體及接觸件組成，其中接觸件分為插孔和插針2種。接觸件是差分電連接器的關鍵部件，其組成如圖3所示。

圖1　差分電纜組件組成圖

圖2　差分線纜和差分電連接器

圖3　某廠家差分電連接器插針接觸件

該類電連接器的內接觸件為坑壓式，外接觸件為模壓式。因為壓接均為破壞性裝配，因此，其裝配工藝的合理性對電纜的適用性能起著相當重要的作用。

2差分電纜常見問題

差分電纜是高清數字視頻信號的傳輸通道，其裝配的質量直接影響顯示端是否能夠正常運作。在實際工作中，筆者遇到過許多與差分電纜有關的問題，主要表現為：1)顯示器黑屏；2)顯示信號不穩定。

經過對問題電纜進行逐層解剖分析發現問題主要集中出現在下述幾個方面。

1)電纜內信號地與機殼地短路。差分線纜內的4組雙絞線及4根屏蔽絲外部被一層黃色玻璃纖維紙呈半疊包狀態包裹，纖維紙表面導電，雙絞線內的信號地在接線關系中被定義為信號地，屏蔽絲與纖維紙內表面接觸，間接地使纖維紙內表面形成信號地；而DVI線纜本身自帶及電纜外部的屏蔽層在接線關系上被定義為機殼地。裝配過程中，由于電纜要經過多次旋轉、扭動，呈半疊包狀態的玻璃紙不可避免地會松散，嚴重時會使玻璃紙的內表面外翻，與電纜外部的屏蔽層(機殼地)之間的距離非常近，甚至出現信號地與機殼地短路的情況。

2)電纜內中心接觸件插裝不到位。在中心接觸件的裝配關系上，中心接觸件先被裝夾于壓線絕緣子兩邊，其環槽卡入壓線絕緣子的卡槽中，然后對應兩者之間定位鍵的位置關系，將裝好中心接觸件的壓線絕緣子整體裝入外接觸件內，將線夾前推并按螺紋方向旋轉，使線夾頂住壓線絕緣子并向前，直到螺紋擰緊為止，最后完成壓線套壓六方。

但是在實際操作過程中，裝好中心接觸件的壓線絕緣子在送入過程中，如果壓線絕緣子與外接觸件的卡槽在未對應好的情況下裝入，不管后部的線夾擰不擰緊，壓線絕緣子在外接觸件內都存在一個活動空間且能有小角度的旋轉，當這樣的電連接器裝入產品內部后，在振動試驗過程中，即會出現顯示信號不穩定的狀態，因此在裝壓線絕緣子時一定要注意壓線絕緣子與外接觸件兩者之間的定位鍵的位置關系；中心接觸件安裝到位，但是用于穩定壓線絕緣子的線夾沒有擰緊或擰緊過程中產生松動，中心接觸件松動形成插裝不到位的情況也會影響到信號的傳輸。

3關鍵點及其控制建議

通過上述分析不難得出，差分電纜生產控制的關鍵點在于：1)內外兩層屏蔽層之間的分離，確保信號地與機殼地良好絕緣；2)內部接觸件的安裝，安裝到位的內部接觸件，排除電連接器自身產生的針與孔之間的插拔力不能滿足要求的情況之外，基本上完全可以保證信號傳輸的穩定性。

針對上述2點，制定下述應對措施。

1)為了盡可能防止玻璃紙散開，在實際操作中，在其外部穿套1層熱縮套管，套管的長度根據具體電連接器內部部件的尺寸而定。因電連接器廠家不同，電連接器內部部件的尺寸也不同，因此熱縮套管的長度不是一個固定值。經過長期經驗的積累，筆者總結出熱縮套管的長度M可根據下述公式計算：

M=L1-L2+K

式中，L1是線纜外皮的剝除長度；L2是線纜插入接觸件內的長度；K是熱縮套管允許存在的長度公差。

2)每個壓線絕緣子上都有定位鍵及卡槽，中心接觸件上對應設計有環槽。絕緣體的定位鍵與壓線絕緣子的定位鍵有固定的位置關系(見圖4)。

圖4　絕緣體定位鍵與外接觸件定位鍵的位置關系

在裝配時，應嚴格按照三者之間的位置關系進行裝配，即先將中心接觸件的環槽裝入壓線絕緣子的卡槽中，確保中心接觸件完全卡入卡槽中后，再對照圖4的絕緣體定位鍵和外接觸件定位鍵的位置關系，或者將壓線絕緣子上的定位鍵對準外接觸件內部絕緣體上的定位缺口，將壓線絕緣子整體裝入外接觸件內，將線夾前推并按螺紋方向旋轉，使線夾頂住壓線絕緣子向前，直到螺紋擰緊為止，必要時應對螺紋加膠防松，以固化裝配狀態。

4結語

目前，差分電纜已被廣泛應用于各種產品的數字信號傳輸中。本文主要針對YMG型差分電連接器在日常工作中出現的問題進行了分析，對于其他系列或型號的電連接器，因其結構尺寸不同，制作及裝配流程存在一定的差別，此類問題不一定會出現在其他型號的電連接器。因此，對于不同型號差分電連接器所出現的不同問題，應根據具體情況具體對待。總體來說，處理此類電連接器的類似問題在思路上應該是相通的。

參考文獻

[1] 李曉麟.多芯電纜裝焊工藝與技術[M].北京：電子工業出版社，2010.

責任編輯鄭練

Failure Analysis of High Speed Transmission Differential Cable Assemblies

DANG Yanyin, CHEN Yongsheng

(Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang 222000, China)

Abstract:With the rapid development of electronic technology and continuously improving products, cable electrical installation design for electronic equipment s was put forward higher requirements. The manufacturing process of the cable assembly than in the past has become more complex and diverse, and the assembly quality cable assembly is one of the key factors affecting the electric reliability. Therefore, the key difference of high-speed transmission cable for example based machine electric equipment, first introduced the High-speed transmission differential signal technology in electronic products, and then listed some failure case difference cable common in everyday work, and has carried on the analysis, proposed the key points of difference cable in the production process and control, providing technical support for high reliability products.

Key words:electricity design, cable assemblies, differential signal, failure case

收稿日期：2014-05-21

作者簡介：黨艷銀(1983-)，女，工程師，主要從事無線電子裝聯工藝設計等方面的研究。

中圖分類號：TN 81

文獻標志碼：A