一种LVDS电缆的制作工艺方法

张则梅 施丹 周诚

摘要：由于LVDS技术（低电压差分信号传输技术）在传输速率、抗电磁干扰及功耗等方面的明显优势，在我国航天及航空领域得到了广泛地应用。为保证信号传输的同步性及电磁兼容性，对LVDS线缆中每根信号线的长度为差及屏蔽缺口有严格要求。本文阐述了如何通过在LVDS电缆加工制作过程中严格控制信号线长度及加强屏蔽处理措施，并从导线的选型、电缆的具体加工制作等方面加以控制，最终确保有LVDS电缆满足各项性能要求。

关键词：LVDS；EMC；GBL数据线；屏蔽层

1 前言

低电压差分信号传输技术简称为LVDS（Low Voltage Differential Signal）技术，是一种低摆幅的差分信号技术[1]。它使得信号能在差分 PCB 线对或者平衡电缆上传输，最高传输速率在理论上可以达到3Gbps。LVDS的典型信号摆幅为350mV，对应的功耗很低[2]。因此，LVDS是一种效率极高的接口技术。

与同类信号传输技术相比，LVDS技术在传输速率、电磁干扰、功耗等方面有明显的优势。在传输速率方面，LVDS技术在点到点之间的传输速率可达800Mbps，在多点互联之间的传输速率可达400Mbps[3]。在电磁干扰方面，由于LVDS技术采用双线进行信号传输，两条信号线周围的电磁场相互抵消，故比单线信号传输电磁场小得多。在功耗方面，由于LVDS技术采用恒流源模式驱动，而且电压信号幅度较低，故在传输过程中只消耗非常小的功率，甚至不论频率高低，功耗都几乎不变。此外，由于LVDS技术以差分方式传输数据，故不易受到噪声影响。

随着信息技术的发展，特别是通信技术的发展，传统的数据传输方式因速度慢、抗干扰能力弱、难以支持长距离的数据传输等特点越来越不能满足技术应用的需求。由于LVDS技术有效地解决了这一瓶颈，而得到了广泛的应用。

2 LVDS电缆的加工要求

为了减少同束电缆中信号传输时的时间延时，提高同步传输性能，要求同束LVDS电缆中每根信号线的长度基本相同，长度偏差不大于20mm。以下圖所示的电缆为例，即要求19根信号线中，最长信号线与最短信号线间的长度偏差不大于20mm。在加工过程中，这需要克服的是线缆成束时引入的长度差以及线缆焊接端位置度上引起的长度差。因此，具体加工时需设定合理的线缆切割长度，保证线束长度公差的同时，满足消除装联应力所需的线缆长度余量。

为保证电缆的EMC（抗干扰）性能，必须尽可能地减少每根数据线上的屏蔽缺口。因此，在电缆加工过程中，要求每根信号线上的无屏蔽段尽可能短。这需要克服由焊接操作引起的对数据线屏蔽层剥除长度的刚性需求，并保证每根数据线的有效屏蔽。

3 LVDS电缆数据线的选型

为保证LVDS电缆研制工作的顺利进行，在电缆设计初期，根据以往的相关研制经验，初定GORE公司生产的GBL数据线或者瑞侃公司生产的双绞屏蔽线作为LVDS电缆数据线。

GORE公司生产的GBL对称双绞屏蔽线因其优良的信号传输性能，被广泛应用与LVDS接口间的信号传输。GBL线由绝缘层、屏蔽层、排绕线、导体及填充物组成。与普通的双绞屏蔽线相比，GBL线的最大特点是在结构上采取了屏蔽内处理措施，即排扰线是与屏蔽层相连的裸导线。在数据线装联时（将每根GBL线中的导体焊接到电连接器上。），将每根数据线中的排扰线焊接到电连接器的接触件上，即可在单机内部实现屏蔽。数据线的屏蔽层相互绝缘即可，无需采取屏蔽措施。

由于其特殊结构，GBL线在选用时存在着一定的局限型。以阻抗特性为120？，导体线径为26#的GBL-120-26数据线为例，整根数据线的直径为4mm，且坚硬，在电连接器装联时存在一定的难度。再者，GBL线内两根导体的绝缘层材质软，在以往LVDS电缆的研制过程中出现过GBL线屏蔽层的金属丝刺穿导体的绝缘层后与导体内的芯线接触的情况。因此，一般情况下，GBL线的屏蔽层需处理在电连接器壳体的外部。以图一电缆中使用的电连接器J14A-101TK为例，接触件尾端到连接器尾罩后端的距离约为25mm。如果将GBL线的屏蔽层处理在连接器壳体的外部，则GBL线焊接端屏蔽层的剥除长度要在30mm以上，不易保证电缆的EMC性能。

综合考虑加工难度、实际需求等因素，决定使用瑞侃公司生产的26#双绞屏蔽线（55/1322-26-9/96-9）作为LVDS电缆的数据线。

4 LVDS电缆的加工保证措施

为保证数据传输的同步性及EMC性能，须严格控制LVDS电缆中每根数据线的长度偏差及无屏蔽段长度。因此，在LVDS电缆加工之初，技术人员制定了严格的工艺保证措施。

4.1 长度偏差保证措施

以图一所示电缆为例，根据设计要求，两电连接器尾罩后端面间的线缆长度为2200mm，电缆中每根数据线的长度偏差不大于20mm。为保证最终长度偏差符合要求，制定了以下三个方面的工艺保证措施。

首先，要严格控制每根数据线的下料长度。由于电连接器J14A-101TK/TJ的焊杯根部到尾罩后端约30mm，数据线芯线与焊杯的搭焊长度约3mm，故最终确定每根数据线的放线长度为2280mm，保证数据线长度公差在+10mm以内，且数据线两端均有一次焊接余量。完成19根数据线的下料后，将数据线梳理整齐，不允许有导线相绞的现象。

其次，要严格控制焊接过程中的绝缘层剥除长度。在焊接前，一次性将19根数据线的绝缘层全部剥除。其中，外绝缘层的剥除长度为12mm～15mm，内绝缘层的剥除长度为5mm～6mm。在焊接过程中，除复焊外，不允许对导线端头绝缘层进行剥除处理，每根导线单端最多允许复焊一次。

再次，要严格控制电缆后焊接端的长度误差。电缆一端电连接器焊接完成后，即将尾罩安装到位。整束电缆展开并水平放置在工作台上，将每根数据线拉直，用卷尺测量电缆的长度（从电连接器尾罩后端开始测量）。用剪刀将数据线未焊接端剪齐，要求电连接器尾罩末端到数据线未焊接端的长度为2240mm。

4.2 屏蔽性保证措施

为尽量减小每根数据线上的屏蔽缺口，技术人员对导线屏蔽层的处理方法进行了改进。在电缆加工过程中，我单位传统的导线屏蔽层处理方法：（1）将每根导线的屏蔽层挑散，然后一分为二。（2）将相邻导线的屏蔽层拧在一起，两两“牵手”。（3）引出一根接地导线，接插件装配时，将此导线安装到接插件的外壳上。在加工一般的低频电缆时，此方法简單易行，且屏蔽可靠。但是，由于需要将屏蔽层手工拧在一起，屏蔽层需要挑散20mm以上，即导线焊接端至少有20mm长的屏蔽缺口。如果用此方法加工LVDS电缆，显然很难保证电缆的EMC性能。

通过对相关单位的屏蔽层处理方法进行调研，并进行大量验证试验后决定采取一种新的屏蔽层处理方法。新方法的具体操作步骤为：（1）焊接前，将每根信号线的屏蔽层端部用热缩套管进行保护。（2）所有信号线完成焊接后，在整束线缆外缠绕2-3圈φ0.5mm的镀银铜丝（缠绕在屏蔽层端头的热缩套管下侧）。同时缠入一根接地导线。（3）在镀银铜丝外搪锡，使镀银铜丝与屏蔽层接触牢固。（4）接插件装配时，将接地线安装到接插件的外壳上。

由此可见，由于新的处理方法不对屏蔽层进行挑散、拧头等操作，可实现线束屏蔽缺口的最小化，最大程度上保证了LVDS电缆的EMC性能。

5 结论

在LVDS电缆的加工过程中，通过严格控制每根信号线的下料长度及端头处理长度，确保整束电缆中每根信号线长度差在20mm以内。通过制定新型屏蔽层处理方法，确保每根信号线的屏蔽缺口在10mm以内。在此工艺方案的保证下，所加工出的各束电缆满足各项性能要求。

参考文献：

[1]孙刚.LVDS在高速模数转换器中的应用.武汉，技术应用，2011，28（5）.

[2]张锐菊.Q/W 1216，航天器用LVDS接口电路设计准则[S]，2009-08-07.

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

作者简介：

张则梅，女，（1985-），工学硕士，八院卫星装备研究所，主任工艺师（高级工程师），飞行器设计专业.