商业协议和航空航天布线

行业标准电缆不具备航空航天应用所需的机械与环境性能。

航空航天布线应用越来越多地通过成熟的商业协议进行高速数据传输。TE 供图

尺寸小而重量轻的电缆配置可以满足较短距离的高速以太网传输需求。图中的各个条形分别表示不同导线的实际传输距离。TE 供图

即使经济舱中的乘客也都希望能够随时访问音频、视频和游戏。高速电缆可以很好地满足他们的需求。波音公司供图

CeeLok FAS-X 连接器在军事和航空航天高速网络应用中，均可提供可靠、一致的高速性能。TE 供图

飞机营运和乘客服务中的数据量急剧增加，承载数据所需的导线数量也随之增加。Ecolift 公司供图

航空航天应用中的商业协议为设计人员带来了一定的挑战，要求他们在标准和应用的特定需求方面寻找平衡。

在物理层中，用于千兆和万兆以太网、USB、IEEE 1394 及其他协议的电缆便是实现这种平衡的一大示例。这些协议的标准详细地规定了电缆的电气和结构要求。设立这些标准的目标之一是为了充分地描述电缆的特征，以便您找到相应的电缆，安心地插入自己的应用。

这种方法非常适合商业应用。不过，航空航天应用还需要关注其他一些问题，因此设计人员必须对这种便捷的即插即用方法予以重新考虑。主要的驱动因素是尽可能缩减飞机的尺寸和重量。飞机营运和乘客服务中的数据量急剧增加，承载数据所需的导线数量也随之增加。总的来说，商用电缆是缩减尺寸和重量的重点领域。同时，行业标准电缆不具备航空航天应用所需的机械与环境性能，尤其是不能满足难以或无法安全逃生的密闭空间对于较低烟雾生成、毒性和可燃性的严苛要求。

Cat 电缆案例

以用于千兆以太网的 Cat 5e 电缆为例。其典型的商用结构包括 24 AWG 实心裸铜导线、聚乙烯绝缘层和 PVC 护套。ANSI/TIA 568-C.2 标准规定了它的衰减、插入损耗、回波损耗、串扰等电气要求。我们在这里重点考虑插入损耗。该特性在很大程度上决定了容许电缆长度（假设满足串扰目标）。

进一步考虑用于航空航天的 Cat 5e 电缆。距离每增加一步，都会导致电缆的衰减和插入损耗增加，最终减小其容许长度。TE 与航空航天设计人员密切合作，精心制定符合应用协议目标以及尺寸、重量和皮实性要求的布线方案。

绞合导线在空间有限的飞机上安装和布线具有更大的灵活性。虽然 568-C.2 标准认为绞合导线可用于短接插线，但它规定干线必须采用实心导线，因为实心导线的插入损耗比较低。如果将实心导线换成绞合导线，那么插入损耗会增加 20%，导致最大电缆走线长度也减少 20%。

许多航空航天应用都指定使用镀银的铜合金导线，因为这样的导线具有较高的抗拉强度。纯铜换成铜合金，插入损耗将会再增加 10% 左右，具体取决于电缆设计。

尺寸较小的导线可以减轻重量，这也是 26 AWG 甚至 28 AWG 的发展趋势日益明显的原因所在。此外，使用薄壁、低介电常数的电介质和更加坚韧的护套材料也可以进一步降低尺寸和重量。

USB 案例

USB 2.0 和 3.0 应用与 Cat 5e 以太网应用的情况恰好相反。设计人员希望将 USB 2.0 的传输距离延长到标准的 5 米以上（USB 3.0 没有规定最大电缆长度，但商用电缆的实际长度为 3 米）。由于 USB 支持电源和数据，因此设计人员需要同时考虑电源线的压降和数据线的插入损耗。另一个问题是时延：USB 2.0 电缆的端到端时延为 26 纳秒，每米时延为 5.2 纳秒。

延长 USB 的数据传输距离涉及导线尺寸和绝缘类型（以及绝缘层是固体还是发泡材料）。虽然尺寸较大的导线可以降低插入损耗，但是传输速度对于满足时延要求更为关键。高速绝缘有助于实现更长的传输距离，而不会增加时延。低密度聚四氟乙烯（PTFE）和发泡氟化乙烯丙烯（FEP）的传输速度比商用 USB 电缆使用的聚乙烯大约要快 13% - 25%。即便不考虑插入损耗，低密度 PTFE 或发泡 FEP 也可将传输距离延长至 6.3 米，同时仍可满足时延要求。

IEEE 1394 案例

IEEE 1394 作为一种数据接口技术，已在航空航天市场占据一席之地。系统设计人员开始移除为终端设备或传感器供电的组件。IEEE 1394 的四轴电缆结构仅提供两个数据对，因此可以实现尺寸最小、重量最轻的电缆配置。根据导线尺寸的不同，最大电缆长度可达 50 英尺甚至 80 英尺以上。然后，通过适当尺寸的其他导线给设备供电，以满足输入电压要求。

实现坚固耐用性

绝缘和护套的选择也会影响电缆的坚固耐用性。标准电缆的制作可以使用一系列的聚合物，以满足耐受化学和燃油、扩大温度范围、低释气、低毒、阻燃、柔韧等特定要求。而为了满足航空航天应用严苛的烟雾、毒性、可燃性及其他环境要求，绝缘和护套的材料往往比商用电缆结构所用的材料更为昂贵。

现货供应还是量身定制？

虽然 ANSI/TIA 568 和 USB 等标准有助于以统一的方式来部署应用，但是我们既可视其为强制性的要求，也可视其为非强制性的建议。对于大多数用户来说，它们是强制性的要求。了解电缆符合所有 Cat 5e 技术规范，即可确保它在应用中能够有效地发挥作用。然而，长远来看，信道性能必须优于组件性能：重要的是交付的信号必须具有接收器所需的信号完整性。标准的存在是为了确保信号的交付。只要满足总体的应用要求，航空航天设计人员就能够接受性能规范的部分修改。

这样的电缆可以现货供应，也可以半定制。例如，TE 在打造符合特定用途的电缆方面有着十分丰富的经验。这些经验使得我们能够平衡各个方面的因素，通过尺寸更小、重量更轻的电缆，既满足高速传输的要求，同时承受各种应用风险。