商用プロトコルと航空宇宙ケーブル：適切なバランスを見つける

目的のアプリケーションに適したケーブルの種類を選択するためのヒント。

目的のアプリケーションに適したケーブルの種類を選択するためのヒント。

航空宇宙アプリケーションの商用プロトコルは、アプリケーションの特別なニーズに対して標準のバランスをとるという課題を設計者に提示します。物理層では、ギガビットおよび10ギガビットイーサネット、USB、IEEE 1394などに使用されるケーブルが、このバランシング動作の代表的な例です。これらのプロトコルの規格では、ケーブルの電気的および構造的要件が詳しく説明されています。標準の目標の1つは、ケーブルをアプリケーションに自信を持って接続できるように、十分な特異性でケーブルを特性化することです。

商用アプリケーションの場合、このアプローチは見事に機能します。航空宇宙アプリケーションに対する追加の懸念により、設計者はこの便利なプラグアンドプレイアプローチを再考することになります。彼らの主な推進力は、航空機内のあらゆる機会でサイズと重量を削減することです。航空機の運航と旅客サービスの両方でデータの量が劇的に増加するにつれて、データを伝送するために必要な導体の数も増加します。全体として、商用ケーブルはサイズと重量を削減するための魅力的なターゲットになります。同時に、業界標準のケーブルは、望ましい機械的または環境的性能、特に安全な出口が困難または不可能な閉鎖空間での低発煙、毒性、および可燃性に対する厳しい要件を備えていない可能性があります。

猫ケーブルの場合

ギガビットイーサネット用のCat5eケーブルについて考えてみます。その典型的な商業構造は、ポリエチレン絶縁体とPVCジャケットを備えた24AWGソリッド裸銅導体です。 ANSI / TIA 568-C.2規格は、減衰、挿入損失、反射減衰量、クロストーク、およびその他の多くの基準の電気的要件を定義しています。私たちの目的のために、挿入損失に焦点を当てます。この特性は、主に許容ケーブル距離を決定します（クロストークの目標が達成されていると仮定します）。

図1。 航空宇宙アプリケーションは、高速データ転送用の確立された商用プロトコルを使用して増加しています。

航空宇宙用のCat5eケーブルを定義する際の典型的な進歩を考えてみましょう。各ステップは、減衰と挿入損失の両方を増加させる傾向があり、許容ケーブル長を効果的に短縮します。 TE Con​​nectivityは、航空宇宙設計者と緊密に連携して、アプリケーションプロトコルの目標と、サイズ、重量、および堅牢性の要件を満たすケーブルソリューションを作成します。

撚り線は、スペースに制約のある航空機にケーブルを取り付けて配線する際の柔軟性を高めます。 568-C.2規格は、短いパッチコード用のより線を認識しますが、挿入損失が低いため、バックボーンのニーズに合わせて単線を指定します。単線からより線に変更すると、挿入損失が20％増加し、ケーブルの最大配線長が20％減少します。

多くの航空宇宙アプリケーションでは、引張強度が高いため、銀でコーティングされた銅合金導体が指定されています。純銅から銅合金に移行すると、ケーブルの設計によっては、挿入損失がさらに10％増加する可能性があります。導体が小さいほど重量が節約され、26AWG、さらには28AWGへの傾向が説明されます。図2は、さまざまな導体の実際の距離を示しています。薄壁で誘電率の低い誘電体とより丈夫なジャケット材料を使用することで、さらにサイズと重量を減らすこともできます。

図2。 サイズと重量を節約するケーブル構成は、短距離での高速イーサネットのニーズを満たします。

10Gイーサネットを有効にするCat6Aケーブルには、同様のトレードオフがあります。

USBの場合

USB 2.0 / 3.0アプリケーションは、Cat5eイーサネットアプリケーションとは逆の状況を示します。設計者は、USB2.0の標準の5メートルを超えて伝送距離を延長したいと考えています。 （USB 3.0は最大ケーブル長を指定していませんが、商用ケーブルの実際の長さは3メートルです。）USBは電源とデータの両方をサポートするため、設計者は電源ラインの電圧降下とデータラインの挿入損失の両方を考慮する必要があります。追加の懸念事項は遅延時間です。USB2.0のケーブルの場合、エンドツーエンドで26 ns、またはメートルあたり5.2ナノ秒です。

USBのデータ長を拡張するには、導体サイズと絶縁タイプ（およびソリッドまたはフォーム）の両方が必要です。導体が大きいほど挿入損失は低くなりますが、遅延要件を満たすには伝搬速度がより重要になります。高速絶縁により、遅延時間を増やすことなく、より長い距離が可能になります。低密度PTFEと発泡FEPは、市販のUSBケーブルで使用されているポリエチレンよりも約13〜25パーセント速い伝播速度を提供します。現時点での挿入損失を割り引くと、低密度PTFEまたは発泡FEPは、遅延時間の要件を満たしながら、距離を6.3メートルまで延長できます。図3は、代替絶縁がUSBケーブルの距離を伸ばす方法の例を示しています。

図3。 絶縁の選択は、可能なUSBケーブルの長さに影響します。

IEEE1394の場合

データバックボーンとしてのIEEE1394は、航空宇宙市場で定着し始めています。システム設計者は、エンドデバイスまたはセンサーに電力を供給するコンポーネントを取り外しています。 2つのデータペアのみを提供する4軸ケーブル構造は、最小で最軽量のケーブル構成を提供します。導体AWGに応じて、最大ケーブル配線は50〜80フィート以上の範囲になります。次に、デバイスへの電力は、入力電圧要件を満たすのに適切なサイズの個別のワイヤによって供給されます。

堅牢性の実現

絶縁とジャケットの選択もケーブルの耐久性に影響します。標準に準拠したケーブルは、化学的/燃料耐性、高温、低ガス放出、毒性、火炎特性、柔軟性、およびその他の要因に関する特別な要件を満たすために、さまざまなポリマーで製造できます。航空宇宙用途によって課せられる厳しい煙、毒性、可燃性、およびその他の環境要件を満たすために、材料は商業用構造物で使用されるものよりも高価です。

棚から外しますか、それとも設計されていますか？

ANSI / TIA 568やUSBなどの標準は、アプリケーションをCookieカッター方式で展開できるようにする上で重要な役割を果たしますが、それらは義務または推奨事項のいずれかと見なすことができます。ほとんどのユーザーにとって、それらは義務です。すべてのCat5e仕様を満たすケーブルを知っていると、アプリケーションガイドラインの範囲内で機能することが保証されます。ただし、より長い見方をすれば、チャネルのパフォーマンスがコンポーネントのパフォーマンスよりも優れているということです。重要な問題は、受信機が必要とするシグナルインテグリティを備えた信号を配信することです。この配信を保証するための標準が存在します。航空宇宙設計者は、全体的なアプリケーション要件が満たされている限り、パフォーマンス仕様の変更を受け入れるでしょう。

このようなケーブルは、すぐに利用できる場合もあれば、セミカスタムの場合もあります。たとえば、TEは、特定の目標を達成するのに役立つケーブルの作成に豊富な経験を持っています。このような経験により、高速プロトコル要件だけでなく、アプリケーションの危険にも耐える、より小型で軽量のケーブルの必要性を満たすことに伴うさまざまなトレードオフのバランスをとることができます。

この記事は、もともとTEConnectivityによって公開されました。ここで彼らのホワイトペーパーをもっと見ることができます。

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