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(dòng)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(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222000)

摘要：隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷提高，產(chǎn)品電裝設(shè)計(jì)對(duì)電子設(shè)備內(nèi)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(fù)雜和多樣，而電纜組件的裝配質(zhì)量則是影響整機(jī)電氣可靠性的關(guān)鍵因素之一。以整機(jī)電裝中最關(guān)鍵的高速傳輸差分電纜為例，先介紹了高速傳輸差分信號(hào)技術(shù)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)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(duì)其進(jìn)行了分析，提出了差分電纜制作過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)及其控制建議，為生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供了有力的工藝保障。

關(guān)鍵詞：電裝設(shè)計(jì)；電纜組件；差分信號(hào)；失效案例

隨著近幾年數(shù)據(jù)傳輸總線速率的不斷提高，傳統(tǒng)的總線協(xié)議已經(jīng)不能夠滿足要求，高速數(shù)據(jù)傳輸差分信號(hào)傳輸技術(shù)的出現(xiàn)滿足了當(dāng)代設(shè)計(jì)師的要求，并被廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品中。與傳統(tǒng)的傳輸方式相比，差分信號(hào)傳輸技術(shù)具有低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射等特點(diǎn)[1]，其原理是2根信號(hào)線上傳輸著一對(duì)幅值相等、相位相反的信號(hào)，在傳輸時(shí)，電纜上感應(yīng)的干擾電壓極為接近，在終端上通過(guò)一個(gè)比較器來(lái)過(guò)濾掉干擾信號(hào)，從而保證差分信號(hào)在經(jīng)過(guò)電連接器時(shí)為其提供可控阻抗，減小對(duì)差分信號(hào)的畸變影響，以達(dá)到信號(hào)高速傳輸、暢通穩(wěn)定的目的。差分電連接器就是依據(jù)該原理而設(shè)計(jì)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(hào)。

1差分電纜組件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(gè)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(yīng)用最多的為YMG型差分電連接器(見圖2b)?；旧嫌蛇B接器主體、中段尾罩及末端尾罩3個(gè)部分組成，帶2個(gè)尾罩的一般都是屏蔽類尾罩，有些廠家只有1個(gè)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(guān)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(nèi)接觸件為坑壓式，外接觸件為模壓式。因?yàn)閴航泳鶠槠茐男匝b配，因此，其裝配工藝的合理性對(duì)電纜的適用性能起著相當(dāng)重要的作用。

2差分電纜常見問(wèn)題

差分電纜是高清數(shù)字視頻信號(hào)的傳輸通道，其裝配的質(zhì)量直接影響顯示端是否能夠正常運(yùn)作。在實(shí)際工作中，筆者遇到過(guò)許多與差分電纜有關(guān)的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：1)顯示器黑屏；2)顯示信號(hào)不穩(wěn)定。

經(jīng)過(guò)對(duì)問(wèn)題電纜進(jìn)行逐層解剖分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題主要集中出現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。

1)電纜內(nèi)信號(hào)地與機(jī)殼地短路。差分線纜內(nèi)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(tài)包裹，纖維紙表面導(dǎo)電，雙絞線內(nèi)的信號(hào)地在接線關(guān)系中被定義為信號(hào)地，屏蔽絲與纖維紙內(nèi)表面接觸，間接地使纖維紙內(nèi)表面形成信號(hào)地；而DVI線纜本身自帶及電纜外部的屏蔽層在接線關(guān)系上被定義為機(jī)殼地。裝配過(guò)程中，由于電纜要經(jīng)過(guò)多次旋轉(zhuǎn)、扭動(dòng)，呈半疊包狀態(tài)的玻璃紙不可避免地會(huì)松散，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使玻璃紙的內(nèi)表面外翻，與電纜外部的屏蔽層(機(jī)殼地)之間的距離非常近，甚至出現(xiàn)信號(hào)地與機(jī)殼地短路的情況。

2)電纜內(nèi)中心接觸件插裝不到位。在中心接觸件的裝配關(guān)系上，中心接觸件先被裝夾于壓線絕緣子兩邊，其環(huán)槽卡入壓線絕緣子的卡槽中，然后對(duì)應(yīng)兩者之間定位鍵的位置關(guān)系，將裝好中心接觸件的壓線絕緣子整體裝入外接觸件內(nèi)，將線夾前推并按螺紋方向旋轉(zhuǎn)，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(shí)際操作過(guò)程中，裝好中心接觸件的壓線絕緣子在送入過(guò)程中，如果壓線絕緣子與外接觸件的卡槽在未對(duì)應(yīng)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(nèi)都存在一個(gè)活動(dòng)空間且能有小角度的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)這樣的電連接器裝入產(chǎn)品內(nèi)部后，在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，即會(huì)出現(xiàn)顯示信號(hào)不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此在裝壓線絕緣子時(shí)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(guān)系；中心接觸件安裝到位，但是用于穩(wěn)定壓線絕緣子的線夾沒(méi)有擰緊或擰緊過(guò)程中產(chǎn)生松動(dòng)，中心接觸件松動(dòng)形成插裝不到位的情況也會(huì)影響到信號(hào)的傳輸。

3關(guān)鍵點(diǎn)及其控制建議

通過(guò)上述分析不難得出，差分電纜生產(chǎn)控制的關(guān)鍵點(diǎn)在于：1)內(nèi)外兩層屏蔽層之間的分離，確保信號(hào)地與機(jī)殼地良好絕緣；2)內(nèi)部接觸件的安裝，安裝到位的內(nèi)部接觸件，排除電連接器自身產(chǎn)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(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

針對(duì)上述2點(diǎn)，制定下述應(yīng)對(duì)措施。

1)為了盡可能防止玻璃紙散開，在實(shí)際操作中，在其外部穿套1層熱縮套管，套管的長(zhǎng)度根據(jù)具體電連接器內(nèi)部部件的尺寸而定。因電連接器廠家不同，電連接器內(nèi)部部件的尺寸也不同，因此熱縮套管的長(zhǎng)度不是一個(gè)固定值。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累，筆者總結(jié)出熱縮套管的長(zhǎng)度M可根據(jù)下述公式計(jì)算：

M=L1-L2+K

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

2)每個(gè)壓線絕緣子上都有定位鍵及卡槽，中心接觸件上對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)有環(huán)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(guān)系(見圖4)。

圖4　絕緣體定位鍵與外接觸件定位鍵的位置關(guān)系

在裝配時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照三者之間的位置關(guān)系進(jìn)行裝配，即先將中心接觸件的環(huán)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(duì)照?qǐng)D4的絕緣體定位鍵和外接觸件定位鍵的位置關(guān)系，或者將壓線絕緣子上的定位鍵對(duì)準(zhǔn)外接觸件內(nèi)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(nèi)，將線夾前推并按螺紋方向旋轉(zhuǎn)，使線夾頂住壓線絕緣子向前，直到螺紋擰緊為止，必要時(shí)應(yīng)對(duì)螺紋加膠防松，以固化裝配狀態(tài)。

4結(jié)語(yǔ)

目前，差分電纜已被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的數(shù)字信號(hào)傳輸中。本文主要針對(duì)YMG型差分電連接器在日常工作中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)于其他系列或型號(hào)的電連接器，因其結(jié)構(gòu)尺寸不同，制作及裝配流程存在一定的差別，此類問(wèn)題不一定會(huì)出現(xiàn)在其他型號(hào)的電連接器。因此，對(duì)于不同型號(hào)差分電連接器所出現(xiàn)的不同問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)具體情況具體對(duì)待?？傮w來(lái)說(shuō)，處理此類電連接器的類似問(wèn)題在思路上應(yīng)該是相通的。

參考文獻(xiàn)

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

責(zé)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(jiǎn)介：黨艷銀(1983-)，女，工程師，主要從事無(wú)線電子裝聯(lián)工藝設(shè)計(jì)等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TN 81

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A