상업 프로토콜 및 항공우주 케이블링:적절한 균형 찾기

원하는 애플리케이션에 적합한 케이블 유형을 선택하기 위한 몇 가지 팁

원하는 애플리케이션에 적합한 케이블 유형을 선택하기 위한 몇 가지 팁.

항공 우주 응용 프로그램의 상용 프로토콜은 설계자에게 응용 프로그램의 특별한 요구 사항과 표준의 균형을 맞추는 과제를 안겨줍니다. 물리 계층에서 기가비트 및 10기가비트 이더넷, USB, IEEE 1394 등에 사용되는 케이블은 이러한 균형 조정의 대표적인 예입니다. 이러한 프로토콜에 대한 표준은 케이블에 대한 전기 및 구조적 요구 사항을 자세히 설명합니다. 표준의 한 가지 목표는 케이블을 애플리케이션에 자신 있게 연결할 수 있을 만큼 충분히 구체적으로 특성화하는 것입니다.

상업용 응용 프로그램의 경우 이 접근 방식은 훌륭하게 작동합니다. 항공우주 응용 분야에 대한 추가적인 우려로 인해 설계자는 이 편리한 플러그 앤 플레이 방식을 재고하게 되었습니다. 그들의 주요 동인은 항공기의 모든 기회에서 크기와 무게를 줄이는 것입니다. 항공기 운항과 승객 서비스 모두에서 데이터의 양이 극적으로 증가함에 따라 데이터를 운반하는 데 필요한 지휘자의 수도 증가합니다. 종합하면 상업용 케이블은 크기와 무게 감소를 위한 매력적인 목표가 됩니다. 동시에, 산업 표준 케이블은 원하는 기계적 또는 환경적 성능, 특히 안전한 출구가 어렵거나 불가능할 수 있는 폐쇄된 공간에서 낮은 연기 발생, 독성 및 가연성에 대한 까다로운 요구 사항을 갖추지 못할 수 있습니다.

Cat 케이블용 케이스

기가비트 이더넷용 Cat 5e 케이블을 고려하십시오. 일반적인 상업용 구조는 폴리에틸렌 절연체와 PVC 재킷이 있는 24AWG 솔리드 베어 구리 도체입니다. ANSI/TIA 568-C.2 표준은 감쇠, 삽입 손실, 반사 손실, 누화 및 기타 여러 기준에 대한 전기적 요구 사항을 정의합니다. 우리의 목적을 위해 삽입 손실에 초점을 맞출 것입니다. 이 특성은 허용 가능한 케이블 거리를 크게 결정합니다(누화 목표가 충족된다고 가정).

그림 1. 고속 데이터 전송을 위해 잘 정립된 상용 프로토콜을 사용하는 항공우주 애플리케이션이 증가하고 있습니다.

항공 우주용 Cat 5e 케이블 정의의 일반적인 진행 상황을 고려하십시오. 각 단계는 감쇠와 삽입 손실을 모두 증가시켜 허용 가능한 케이블 길이를 효과적으로 줄이는 경향이 있습니다. TE Connectivity는 항공우주 설계자들과 긴밀히 협력하여 애플리케이션 프로토콜의 목표와 크기, 무게 및 견고성에 대한 요구 사항을 충족하는 케이블 솔루션을 만듭니다.

연선은 공간이 제한된 항공기에 케이블을 설치하고 라우팅할 때 더 큰 유연성을 제공합니다. 568-C.2 표준은 짧은 패치코드용 연선을 인식하지만 삽입 손실이 더 낮기 때문에 백본 요구 사항을 위한 단선을 지정합니다. 단선에서 연선으로 변경하면 삽입 손실이 20% 증가하여 최대 케이블 길이가 20% 감소합니다.

많은 항공 우주 응용 분야는 인장 강도가 높기 때문에 은 코팅된 구리 합금 도체를 지정합니다. 순수 구리에서 구리 합금으로 이동하면 케이블 설계에 따라 삽입 손실이 10% 더 증가할 수 있습니다. 더 작은 도체는 무게를 줄여 26 AWG 및 28 AWG로 향하는 추세를 설명합니다. 그림 2는 다양한 도체에 대한 실제 거리를 보여줍니다. 얇은 벽, 유전율이 낮은 유전체 및 더 견고한 재킷 재료를 사용하여 추가적인 크기 및 무게 감소를 얻을 수도 있습니다.

그림 2. 크기와 무게를 줄여주는 케이블 구성은 짧은 거리에서 고속 이더넷에 대한 요구를 충족합니다.

10G 이더넷을 활성화하기 위한 Cat 6A 케이블은 유사한 절충안을 제공합니다.

USB용 케이스

USB 2.0/3.0 애플리케이션은 Cat 5e 이더넷 애플리케이션과 반대 상황을 나타냅니다. 설계자는 USB 2.0의 표준 5미터 이상으로 전송 거리를 확장하기를 원합니다. (USB 3.0은 최대 케이블 길이를 지정하지 않지만 상용 케이블의 실제 길이는 3미터입니다.) USB는 전원과 데이터를 모두 지원하므로 설계자는 전원 라인의 전압 강하와 데이터 라인의 삽입 손실을 모두 고려해야 합니다. 추가 문제는 지연 시간입니다. USB 2.0 케이블의 경우 종단 간 26ns 또는 미터당 5.2나노초입니다.

USB의 데이터 길이 확장에는 도체 크기와 절연 유형(단선 또는 발포)이 모두 포함됩니다. 더 큰 도체는 삽입 손실을 낮출 수 있지만 전파 속도는 지연 요구 사항을 충족하는 데 더 중요합니다. 고속 단열재는 지연 시간을 추가하지 않고 더 긴 거리를 허용합니다. 저밀도 PTFE 및 발포 FEP는 상업용 USB 케이블에 사용되는 폴리에틸렌으로 가능한 것보다 약 13~25% 빠른 전파 속도를 제공합니다. 일시적인 삽입 손실을 줄이기 위해 저밀도 PTFE 또는 발포 FEP는 지연 시간 요구 사항을 충족하면서 거리를 6.3미터까지 연장할 수 있습니다. 그림 3은 대체 절연체가 USB 케이블 거리를 확장할 수 있는 방법의 예를 보여줍니다.

그림 3. 절연 선택은 가능한 USB 케이블 길이에 영향을 미칩니다.

IEEE 1394의 경우

데이터 백본으로서 IEEE 1394는 항공우주 시장에서 자리를 잡기 시작했습니다. 시스템 설계자는 최종 장치 또는 센서에 전원을 공급하는 구성 요소를 제거하고 있습니다. 두 개의 데이터 쌍만 제공하는 4축 케이블 구성은 가장 작고 가벼운 케이블 구성을 제공합니다. 도체 AWG에 따라 최대 케이블 길이는 50~80피트 범위일 수 있습니다. 그런 다음 입력 전압 요구 사항을 충족하도록 적절한 크기의 별도 와이어를 통해 장치에 전원이 공급됩니다.

견고함 달성

절연체 및 재킷 선택도 케이블의 견고성에 영향을 미칩니다. 표준 준수 케이블은 내화학성/연료 저항, 확장된 온도, 낮은 가스 방출, 독성, 화염 특성, 유연성 및 기타 요소에 대한 특수 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 폴리머로 제작할 수 있습니다. 까다로운 연기, 독성, 가연성 및 항공우주 분야에서 부과하는 기타 환경 요구 사항을 충족하기 위해 재료는 상업용 건축물에 사용되는 재료보다 더 비쌉니다.

기성품입니까 아니면 엔지니어링된 제품입니까?

ANSI/TIA 568 또는 USB와 같은 표준이 응용 프로그램을 쿠키 커터 방식으로 배포할 수 있도록 하는 데 중요한 역할을 하지만 이는 의무 사항 또는 권장 사항으로 볼 수 있습니다. 대부분의 사용자에게 이는 의무 사항입니다. 모든 Cat 5e 사양을 충족하는 케이블은 애플리케이션 지침 내에서 작동할 것이라는 확신을 가지고 있습니다. 그러나 장기적으로 보면 채널 성능이 구성 요소 성능보다 우선한다는 것입니다. 중요한 문제는 수신기가 요구하는 신호 무결성으로 신호를 전달하는 것입니다. 이러한 전달을 보장하기 위한 표준이 존재합니다. 항공우주 설계자는 전체 응용 프로그램 요구 사항이 충족되는 한 성능 사양의 일부 수정을 수락합니다.

이러한 케이블은 쉽게 구할 수 있거나 반맞춤형일 수 있습니다. 예를 들어 TE는 특정 목표를 달성하는 데 도움이 되는 케이블 제작에 대한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다. 이러한 경험을 통해 우리는 고속 프로토콜 요구 사항뿐만 아니라 애플리케이션 위험을 견디는 더 작고 가벼운 케이블에 대한 요구 사항을 충족하는 것과 관련된 다양한 절충안의 균형을 맞출 수 있습니다.

이 기사는 원래 TE Connectivity에서 게시했습니다. 여기에서 더 많은 백서를 볼 수 있습니다.

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