中心議題
- 為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用指定連接方式時(shí)，電器工程師需要考慮的因素
- 技術(shù)并非越新越好，還要考慮它的實(shí)用性
- 10GbE應(yīng)用要求設(shè)計(jì)師選擇傳輸線纜時(shí)需要注意更多問(wèn)題
解決方案
- 在未來(lái)光纖將會(huì)勝出，但目前銅線電纜依然應(yīng)用廣泛
- 設(shè)計(jì)人員可通過(guò)查看插入損耗、電纜長(zhǎng)度、抗撓壽命規(guī)格作為選擇的出發(fā)點(diǎn)
世界上的無(wú)線應(yīng)用越來(lái)越多，具有諷刺意味的是，在高速環(huán)境中使用電線和電纜卻變得越來(lái)越有必要。Danaher Motion公司（伊利諾伊州伍德戴爾市）的一名名叫C a r r o l l Wontrop的高級(jí)系統(tǒng)工程師說(shuō)：“無(wú)線方式是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但是從習(xí)慣上而言，讓用戶進(jìn)行轉(zhuǎn)換可能很難”。人們擔(dān)心無(wú)線通信會(huì)很容易受到其他無(wú)線通信的干擾。因此，設(shè)計(jì)工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇正確的連接方式時(shí)肩負(fù)著前所未有的壓力。那么，在為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用指定連接方式時(shí)，電氣工程師究竟應(yīng)該了解和考慮那些因素呢？我曾經(jīng)就這個(gè)問(wèn)題詢問(wèn)過(guò)一些具有各種背景的業(yè)內(nèi)專業(yè)人士。希望這個(gè)引子能夠讓選擇的過(guò)程變得稍微簡(jiǎn)單一些。
光纜和銅線電纜
光纜對(duì)電纜的挑戰(zhàn)由來(lái)已久。雖然光纖光纜在性能上有明確的優(yōu)勢(shì)，而且通常被認(rèn)為將在某個(gè)時(shí)刻將完全取代電纜，但是電纜仍然一直存在，這在很大程度上是因?yàn)樗目煽啃浴⑵焚|(zhì)以及大部分現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施都對(duì)電纜提供了很好的兼容性這一事實(shí)。所以，許多設(shè)計(jì)人員不知道應(yīng)該如何取舍。
Samtec（印第安納州新奧爾巴尼）公司的高速電纜技術(shù)經(jīng)理Emad Soubh覺(jué)得，只要配置得當(dāng)，這兩種方案都同樣可靠，否則都存在問(wèn)題。但是電纜的問(wèn)題要少得多，人們更加了解電纜而且電纜后向兼容性更好一些。話雖如此，但Corning公司的最新進(jìn)展或許能夠?qū)⒋饲暗木謩?shì)扭轉(zhuǎn)，使之有利于光纖方案。但是就光纖方案最終能否一勞永逸地取代電纜，專家們有不同的看法。Soubh 說(shuō)：“我的看法是它們將一直共存，直到最后某項(xiàng)技術(shù)勝出，但目前我看不到發(fā)生這種情況的跡象。”但是Wontrop 相信光纖具有明確的優(yōu)勢(shì)，而這種優(yōu)勢(shì)決定了它將主宰市場(chǎng)。Wontrop說(shuō)：“電纜連接將繼續(xù)存在，但隨著光纖連接器的問(wèn)題得到解決，由于它具有自身固有的噪聲免疫性能，它很可能會(huì)主宰市場(chǎng)。”他還談到：“轉(zhuǎn)而使用光纖光纜需要用戶更換連接器插座，而且為了提高速率他們需要更換電路板上的FPGA芯片或者對(duì)芯片進(jìn)行重新編程。”
數(shù)據(jù)單
存在很多種高速電纜的數(shù)據(jù)單規(guī)格，但是我所認(rèn)識(shí)的工程師認(rèn)同一些更重要的規(guī)格。Avnet IP&E（亞利桑那州菲尼克斯）的高級(jí)副總裁Pat Wastal認(rèn)為衰減、阻抗、傳輸延遲、歪斜失真、屏蔽效果以及電容是電氣工程師可以從數(shù)據(jù)單中獲取的最重要的規(guī)格。Soubh推薦設(shè)計(jì)人員通過(guò)查看插入損耗、電纜長(zhǎng)度以及抗撓壽命規(guī)格作為選擇的出發(fā)點(diǎn)。
纜線類型
盡管銅線電纜和光纜構(gòu)架是高速纜線兩種可選的基本類型，但是在每種類別中都有許多具有大量不同選項(xiàng)的不同類型可供選擇。一些較常見(jiàn)的（電纜）方案包括微型同軸電纜、阻抗可控的帶狀電纜、雙軸電纜以及屏蔽雙絞線。基于銅線的其他纜線類型包括：并行電線、四軸電纜以及微波電纜（RG系列，微波同軸電纜）。
光纖光纜主要分為3種：?jiǎn)文！⒍嗄：退芰瞎鈱W(xué)光纖（POF）。單模的特點(diǎn)是只有一股石英光纖，它比多模光纖昂貴，但是它的傳輸速率更高且傳輸距離比多模多50倍。低成本的POF是一種可以與玻璃性能相媲美的成本較低的選擇，但是只能用于較短的距離。一些高速的纜線現(xiàn)在也被設(shè)計(jì)用于處理信號(hào)、功率或者數(shù)據(jù)的傳輸。但是將所有數(shù)據(jù)混雜在一起有其固有的問(wèn)題。正如Wontrop所說(shuō)：“這樣做很好，但是信號(hào)中以及數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)中的大功率噪聲（共模衰減不好）必須想辦法消除。”
10GbE壓力
越來(lái)越多的即將面世的產(chǎn)品都是專門為10GbE應(yīng)用設(shè)計(jì)的，它們極度依賴于用于傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的電線和電纜。Soubh深信這種壓力給電纜制造商造成了很大的壓力，制造商現(xiàn)在必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行比以前多得多的考慮。他說(shuō)：“電纜制造商必須切實(shí)密切注意每種組件并嚴(yán)格地指定每種組件，制造電纜過(guò)程中的每一步都必須合格并不斷地進(jìn)行測(cè)量以確保沒(méi)有任何步驟偏離或不符合嚴(yán)格的處理要求。”Wontrop對(duì)這種過(guò)渡的看法要更加樂(lè)觀一些。他說(shuō)：“大部分工業(yè)應(yīng)用還不需要它，但是一旦時(shí)機(jī)成熟，用戶會(huì)想出辦法來(lái)有效地利用增加的帶寬。”
問(wèn)題和顧慮
不考慮所使用的纜線的類型，設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)備好解決高速應(yīng)用和環(huán)境中可能突然出現(xiàn)的不可避免的問(wèn)題。Wontrop提到了設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高速電纜時(shí)所關(guān)心的一些問(wèn)題，其中包括長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致的功率損耗，消除周邊輻射和傳導(dǎo)電噪聲的影響，電纜外殼是否能夠經(jīng)受住目標(biāo)環(huán)境，以及終端連接器的兼容性。
屏蔽和材料
根據(jù)應(yīng)用和目標(biāo)成本的不同，存在許多可用的屏蔽方法。其中包括標(biāo)準(zhǔn)的編織屏蔽、纏繞屏蔽、鋁/聚脂薄膜、金屬箔、扁鋼絲、鋁/聚脂薄膜編織屏蔽或纏繞屏蔽組合、金屬箔和編織屏蔽或纏繞屏蔽的組合、雙層編織屏蔽、雙層纏繞屏蔽以及扁鋼絲和編織屏蔽或纏繞屏蔽的組合。對(duì)于銅線電纜而言，護(hù)套材料可以從PVC、聚四氟乙烯（FEP）、TPE、TPR以及無(wú)鹵素聚合物中選擇。中心導(dǎo)線通常是由鍍銀銅線或錫銅材料所制成。
應(yīng)用
毫無(wú)疑問(wèn)，許多應(yīng)用使用或者需要使用高速纜線。封裝、印染加工、半導(dǎo)體以及電子產(chǎn)業(yè)都依賴于高速的連接，Wontrop如是說(shuō)：“通信速率超過(guò)10MHz的高速連接正在應(yīng)用到所有的工業(yè)應(yīng)用中。”
測(cè)試
纜線制造商會(huì)在許多不同的可變因素和環(huán)境下對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。Soubh推薦電氣工程師們特別注意阻抗性能的測(cè)試、多通道插入/回波損耗、延時(shí)以及歪斜失真。應(yīng)該使用現(xiàn)有的測(cè)量方法來(lái)確保這個(gè)過(guò)程可以生產(chǎn)出穩(wěn)定的/一致的產(chǎn)品。
