一種LVDS電纜的制作工藝方法

張則梅 施丹 周誠

摘要：由于LVDS技術（低電壓差分信號傳輸技術）在傳輸速率、抗電磁干擾及功耗等方面的明顯優勢，在我國航天及航空領域得到了廣泛地應用。為保證信號傳輸的同步性及電磁兼容性，對LVDS線纜中每根信號線的長度為差及屏蔽缺口有嚴格要求。本文闡述了如何通過在LVDS電纜加工制作過程中嚴格控制信號線長度及加強屏蔽處理措施，并從導線的選型、電纜的具體加工制作等方面加以控制，最終確保有LVDS電纜滿足各項性能要求。

關鍵詞：LVDS；EMC；GBL數據線；屏蔽層

1 前言

低電壓差分信號傳輸技術簡稱為LVDS（Low Voltage Differential Signal）技術，是一種低擺幅的差分信號技術[1]。它使得信號能在差分 PCB 線對或者平衡電纜上傳輸，最高傳輸速率在理論上可以達到3Gbps。LVDS的典型信號擺幅為350mV，對應的功耗很低[2]。因此，LVDS是一種效率極高的接口技術。

與同類信號傳輸技術相比，LVDS技術在傳輸速率、電磁干擾、功耗等方面有明顯的優勢。在傳輸速率方面，LVDS技術在點到點之間的傳輸速率可達800Mbps，在多點互聯之間的傳輸速率可達400Mbps[3]。在電磁干擾方面，由于LVDS技術采用雙線進行信號傳輸，兩條信號線周圍的電磁場相互抵消，故比單線信號傳輸電磁場小得多。在功耗方面，由于LVDS技術采用恒流源模式驅動，而且電壓信號幅度較低，故在傳輸過程中只消耗非常小的功率，甚至不論頻率高低，功耗都幾乎不變。此外，由于LVDS技術以差分方式傳輸數據，故不易受到噪聲影響。

隨著信息技術的發展，特別是通信技術的發展，傳統的數據傳輸方式因速度慢、抗干擾能力弱、難以支持長距離的數據傳輸等特點越來越不能滿足技術應用的需求。由于LVDS技術有效地解決了這一瓶頸，而得到了廣泛的應用。

2 LVDS電纜的加工要求

為了減少同束電纜中信號傳輸時的時間延時，提高同步傳輸性能，要求同束LVDS電纜中每根信號線的長度基本相同，長度偏差不大于20mm。以下圖所示的電纜為例，即要求19根信號線中，最長信號線與最短信號線間的長度偏差不大于20mm。在加工過程中，這需要克服的是線纜成束時引入的長度差以及線纜焊接端位置度上引起的長度差。因此，具體加工時需設定合理的線纜切割長度，保證線束長度公差的同時，滿足消除裝聯應力所需的線纜長度余量。

為保證電纜的EMC（抗干擾）性能，必須盡可能地減少每根數據線上的屏蔽缺口。因此，在電纜加工過程中，要求每根信號線上的無屏蔽段盡可能短。這需要克服由焊接操作引起的對數據線屏蔽層剝除長度的剛性需求，并保證每根數據線的有效屏蔽。

3 LVDS電纜數據線的選型

為保證LVDS電纜研制工作的順利進行，在電纜設計初期，根據以往的相關研制經驗，初定GORE公司生產的GBL數據線或者瑞侃公司生產的雙絞屏蔽線作為LVDS電纜數據線。

GORE公司生產的GBL對稱雙絞屏蔽線因其優良的信號傳輸性能，被廣泛應用與LVDS接口間的信號傳輸。GBL線由絕緣層、屏蔽層、排繞線、導體及填充物組成。與普通的雙絞屏蔽線相比，GBL線的最大特點是在結構上采取了屏蔽內處理措施，即排擾線是與屏蔽層相連的裸導線。在數據線裝聯時（將每根GBL線中的導體焊接到電連接器上。），將每根數據線中的排擾線焊接到電連接器的接觸件上，即可在單機內部實現屏蔽。數據線的屏蔽層相互絕緣即可，無需采取屏蔽措施。

由于其特殊結構，GBL線在選用時存在著一定的局限型。以阻抗特性為120？，導體線徑為26#的GBL-120-26數據線為例，整根數據線的直徑為4mm，且堅硬，在電連接器裝聯時存在一定的難度。再者，GBL線內兩根導體的絕緣層材質軟，在以往LVDS電纜的研制過程中出現過GBL線屏蔽層的金屬絲刺穿導體的絕緣層后與導體內的芯線接觸的情況。因此，一般情況下，GBL線的屏蔽層需處理在電連接器殼體的外部。以圖一電纜中使用的電連接器J14A-101TK為例，接觸件尾端到連接器尾罩后端的距離約為25mm。如果將GBL線的屏蔽層處理在連接器殼體的外部，則GBL線焊接端屏蔽層的剝除長度要在30mm以上，不易保證電纜的EMC性能。

綜合考慮加工難度、實際需求等因素，決定使用瑞侃公司生產的26#雙絞屏蔽線（55/1322-26-9/96-9）作為LVDS電纜的數據線。

4 LVDS電纜的加工保證措施

為保證數據傳輸的同步性及EMC性能，須嚴格控制LVDS電纜中每根數據線的長度偏差及無屏蔽段長度。因此，在LVDS電纜加工之初，技術人員制定了嚴格的工藝保證措施。

4.1 長度偏差保證措施

以圖一所示電纜為例，根據設計要求，兩電連接器尾罩后端面間的線纜長度為2200mm，電纜中每根數據線的長度偏差不大于20mm。為保證最終長度偏差符合要求，制定了以下三個方面的工藝保證措施。

首先，要嚴格控制每根數據線的下料長度。由于電連接器J14A-101TK/TJ的焊杯根部到尾罩后端約30mm，數據線芯線與焊杯的搭焊長度約3mm，故最終確定每根數據線的放線長度為2280mm，保證數據線長度公差在+10mm以內，且數據線兩端均有一次焊接余量。完成19根數據線的下料后，將數據線梳理整齊，不允許有導線相絞的現象。

其次，要嚴格控制焊接過程中的絕緣層剝除長度。在焊接前，一次性將19根數據線的絕緣層全部剝除。其中，外絕緣層的剝除長度為12mm～15mm，內絕緣層的剝除長度為5mm～6mm。在焊接過程中，除復焊外，不允許對導線端頭絕緣層進行剝除處理，每根導線單端最多允許復焊一次。

再次，要嚴格控制電纜后焊接端的長度誤差。電纜一端電連接器焊接完成后，即將尾罩安裝到位。整束電纜展開并水平放置在工作臺上，將每根數據線拉直，用卷尺測量電纜的長度（從電連接器尾罩后端開始測量）。用剪刀將數據線未焊接端剪齊，要求電連接器尾罩末端到數據線未焊接端的長度為2240mm。

4.2 屏蔽性保證措施

為盡量減小每根數據線上的屏蔽缺口，技術人員對導線屏蔽層的處理方法進行了改進。在電纜加工過程中，我單位傳統的導線屏蔽層處理方法：（1）將每根導線的屏蔽層挑散，然后一分為二。（2）將相鄰導線的屏蔽層擰在一起，兩兩“牽手”。（3）引出一根接地導線，接插件裝配時，將此導線安裝到接插件的外殼上。在加工一般的低頻電纜時，此方法簡單易行，且屏蔽可靠。但是，由于需要將屏蔽層手工擰在一起，屏蔽層需要挑散20mm以上，即導線焊接端至少有20mm長的屏蔽缺口。如果用此方法加工LVDS電纜，顯然很難保證電纜的EMC性能。

通過對相關單位的屏蔽層處理方法進行調研，并進行大量驗證試驗后決定采取一種新的屏蔽層處理方法。新方法的具體操作步驟為：（1）焊接前，將每根信號線的屏蔽層端部用熱縮套管進行保護。（2）所有信號線完成焊接后，在整束線纜外纏繞2-3圈φ0.5mm的鍍銀銅絲（纏繞在屏蔽層端頭的熱縮套管下側）。同時纏入一根接地導線。（3）在鍍銀銅絲外搪錫，使鍍銀銅絲與屏蔽層接觸牢固。（4）接插件裝配時，將接地線安裝到接插件的外殼上。

由此可見，由于新的處理方法不對屏蔽層進行挑散、擰頭等操作，可實現線束屏蔽缺口的最小化，最大程度上保證了LVDS電纜的EMC性能。

5 結論

在LVDS電纜的加工過程中，通過嚴格控制每根信號線的下料長度及端頭處理長度，確保整束電纜中每根信號線長度差在20mm以內。通過制定新型屏蔽層處理方法，確保每根信號線的屏蔽缺口在10mm以內。在此工藝方案的保證下，所加工出的各束電纜滿足各項性能要求。

參考文獻：

[1]孫剛.LVDS在高速模數轉換器中的應用.武漢，技術應用，2011，28（5）.

[2]張銳菊.Q/W 1216，航天器用LVDS接口電路設計準則[S]，2009-08-07.

[3]National Semiconductor.LVDS owner manual： Low-Voltage-differential signling[G]. 3rd ed 2004.

作者簡介：

張則梅，女，（1985-），工學碩士，八院衛星裝備研究所，主任工藝師（高級工程師），飛行器設計專業.