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Belden CDT 10GX系统布线性能的新等级
浏览: 发布日期:2018-03-12 09:28:32

  目前,在IEEE 802.3an任务组内,正在开发一个新的标准,它将引领下一代的网络性能——在高性能的双绞铜线上实现10GB以太网。预计此标准将在2006年7月得到批准。在15年的跨度里,数据网络的速度增长了1000倍,从10Mb/s(10BASE-T)增加到10Gb/s(10GBASE-T)。与此同时,网络布线的性能也从3类演变为新一代的增强型6类。它是为在100米距离内支持10Gb/s的传输而专门设计的。

  事实上,数据网络的速度不仅受限于线缆的信息传输容能力,同时也受限于存储设备的存取速度、网络流量、接口协议和数据总线的速度。很明显,随着计算能力的不断增加以及应用程序对网络的要求越来越高,将会出现使用双绞铜线的低成本10Gb/s解决方案的需求。最初,对10GBASE-T的需求将来自于计算机设备(服务器、交换机、路由器和存储模块)高度密集的数据中心和企业网络上的数据集聚点。随后,10Gb/s以太网将逐渐移植到桌面计算机,以支持带宽密集型的应用程序,例如CAD/CAM、数字动画、存储和集群计算。

  IEEE 802.3an任务组的目标就是开发出一套单独的PHY(物理层)规格,以便在现有的6类布线基础上支持最小55米的传输距离,同时在增强型6类(增强型E类)或7类(F类)布线基础上支持100米的传输距离。增强型6类布线的规格目前正在由TIA TR 42.7分委员会和ISO/IEC JTC1 WG3进行开发。关键的传输参数包括外部近端串扰(ANEXT)和外部等效远端串扰(AELFEXT),这两个都是规范中新的参数。另外,需要在更宽的频率范围内(1至500 MHz)对已有参数,如插入损耗、返回损耗、PSNEXT和PSELFEXT等进行规定。

  Belden IBDN 10GX系统的性能激发技术

  Belden CDT网络部已投入了大量资源,以便在增强型6类布线的基础上开发出一套完整的适用于10GB以太网的端到端解决方案。10GX解决方案采用了多种新型性能激发技术,超出了现有市场上6类电缆和连接器设计的工艺水平。本文将介绍10GX的设计概念,并将它与传统设计做性能比较。为了在最苛刻的环境条件(包括捆扎成束的电缆和4连接器、100米信道拓扑结构等)下达到增强型6类布线的性能要求,10GX采用了很多与以往大不相同的组件和技术。

  某个信道与相邻信道之间的相互作用被称为外部串扰。对于增强型6类信道,外部串扰是最难以满足的条件之一。为了实现此目标,不能仅仅对增强型6类信道的各个组件进行改良,须重新设计:      

  模块的插口设计必须适用于扩展的高频性能,当并排插入面板或配线架时,ANEXT必须非常低       

  跳插线必须是柔韧,同时须具备很强的串扰隔离性能,因为它周围都是设备发出的强信号。      

  当水平电缆安装在线槽、线管内,或在机架或机柜内捆扎成束,须具备串扰隔离能力。

  Belden IBDN 10GX系统是根据一系列动态性能激发技术而发展出来的全新系统,可以确保最高水平的外部串扰隔离和最大的性能裕量,同时使信道的性能范围扩展至625 MHz。我们的10GX系统和其他10G布线产品区别何在?10GX系统主要有以下三方面的不同:技术领先性、性能的裕量和最苛刻的测试条件(的6包1捆绑配置,包括跳插线)。构成10GX解决方案的各个组件如图1所示。

按此在新窗口浏览图片 图1-Belden CDT 10GX布线组件

  SpiralFlex 技术

  传统UTP电缆设计的主要技术挑战来自于10GBASE-T的外部串扰要求。这是因为电缆和周围包围它的电缆之间存在着电磁耦合。由于这些电缆线对具有相同的扭绞和缆内布局,因而具有相同的共振频率,在信号同相时串扰叠加,加剧了电磁的耦合。

  专利的SpiralFlex技术给电缆的截面和电缆的轴向增加了随机性,通过使电缆与周围包围它的电缆之间的距离增大并随机化,改善了ANEXT的耦合。电缆芯的设计包含有两个主要元素。第一个就是将每对导线分隔开的独特的十字分隔条,第二个就是盘绕在缆芯周围的绝缘填充条。这两个元素结合之后,打破了相邻电缆相同线对在电缆的全程内高度的一致性,并增大了线对间的物理间距。缆芯的设计元素如图2所示。SpiralFlex设计的另一个优点就在于它具有极佳的机械柔韧性,同时表面摩擦系数很低,这样更易于安装。

按此在新窗口浏览图片 图2- SpiralFlex技术带来的非对称性

  Matrix IDC技术

  IDC是插口的一部分,水平电缆在这连接到模块上,它是外部串扰耦合的最主要来源之一。如果所有的IDC卡夹都水平对齐或垂直对齐,由于相邻IDC之间电容不平衡和互感而引起的电磁场耦合将非常高。如图3所示的传统模块设计便会如此。

按此在新窗口浏览图片 图3-典型模块的IDC排列

  有两个方法可以降低此种效应。一种方法是使用屏蔽或物理间距,而另一种比较好的方法就是使用一个全新的设计,将相邻IDC之间的串扰耦合自动抵消。在专利的MatriX IDC技术中,每对IDC与相邻IDC之间互成90度角。MatriX IDC技术的效果是惊人的,相邻两模块间ANEXT降低了15dB。

  MatriX IDC技术如图4所示。相邻的IDC间直角的排列使电磁场的差模耦合相互抵消,有效地消除了连接点处的外部串扰。

按此在新窗口浏览图片 图4-MatriX模块的IDC阵列

  外部串扰性能的改善是非常显著的。如图5所示,它比较了使用传统设计和使用MatriX IDC技术的配线架综合线外串扰特性(PSANEXT)。

按此在新窗口浏览图片 图5-配线架的PSANEXT特性 一般IDC 与 MatriX IDC

  X-Bar技术

  X-Bar是一种塑料装置,它让每对导线可以精确定位,并互成一定的角度,以端接在10GX模块的IDC卡夹上。此装置优化了端接过程,并使现场条件下端接的10GX模块具有与实验室理想条件下端接的10GX模块有相似的性能。由端接引起的性能变化被消除。

  X-Bar使线对的定位和对准变得更加容易。它卡住导线对,避免线对松绞,并可转移电缆的拉力,在安装时保持导线对线绞完整性。使用X-Bar也可使模块上的电缆保持在最佳剥皮长度。安装过程更简单,同时保证每次的端接性能不变。

  这对安装者来说有什么益处?通过X-Bar轻松定位线对,并获得始终如一的端接性能,无需重做端接,安装者将能体会到安装的方便性。这也意味着降低了对安装者的技能要求。

  最终用户有什么获益?整个系统的性能得到了改善,并为最终用户提供更大性能裕量。X-Bar技术如图6所示。

按此在新窗口浏览图片 图6-X-Bar卡入与端接

  FleXPoint 印刷电路技术

  在超过250 MHz的高频条件下,由于插头内的固有串扰无法由插口进行完全补偿,因此现今的连接器设计的性能受到很大限制。这是因为补偿电路和串扰源(也就是插头接口)之间存在着一定距离。专利技术的FleXPoint 印刷电路连接器设计使用了一块柔性的印刷电路板,将补偿电路和插头接口之间的距离缩到了极限。这种“最小延迟”的补偿提供超过500 MHz的频率响应,并满足对6类匹配连接组件外展的性能要求,目前,这种设计思路还是独一无二的。

  FleXPoint 印刷电路连接器设计使用了一块柔性印刷电路板,电路板上的金导线直接与插头触点接触(请参考图7)。此印刷电路板是多层的设计,补偿电路就位于插头的接触点上,无法再靠近了。相比6类模块连接器上的传统补偿技术,此补偿电路的有效时延可降低至一半。

按此在新窗口浏览图片 图7-FleXPoint 印刷电路设计

  FleXPoint 印刷电路连接器设计对于全套合格的插头而言,其匹配连接的性能满足从250MHz到500MHz外展的6类匹配连接的性能要求(请参考图8)。这在业内是一个了不起的壮举。在500 MHz时,与已安装的基本6类连接器在最差应用环境中的性能相比,使用FleXPoint 印刷电路技术的10GX连接器的内在NEXT裕量高出12 dB。而基本6类连接在高于250 MHz的条件下,频率每增加10倍,NEXT就降60 dB。

按此在新窗口浏览图片 图8-FleXPoint 印刷电路匹配的连接器NEXT性能

  模块化软线-线对定位架技术

  线对定位架是一种专利的技术,它使10GX模块化软线可以完美地配合10GX模块,具有严密控制和对中的De-embedded NEXT(dNEXT)性能。dNEXT的公差等于标准TIA 568-B.2-1中规定的一半。

  10GX模块化软线还采用一种外形更小,护帽更短的插头,与理线架更协调,适合高密度交换机端口和狭窄空间内的设备连接。跳插软线电缆采用一种柔软的双护套构造,有内部屏蔽层,在提供最佳的外部串扰隔离性能的同时,通过平衡的绞合线对构造获得高的噪音免疫力。

  使用有内部屏蔽层的软线电缆对EMI和抗噪音性能有什么影响呢?我们在本地的某个研究机构内对10GX软线和传统的PS6LX软线进行了抗噪音对比试验。将电磁场强度为10 V/m的噪音信号注入电缆和连接器,在消声室内对30 MHz至800 MHz频率范围的噪音进行了测量。测试配置和测试结果在一篇相关的文章内进行了说明。使用内部屏蔽层可提供卓越的外部串扰隔离性能;而在噪音免疫力和逆辐射EMI性能方面,与传统的PS6LX软线性能相当。

  10GX信道性能

  为了评估10GX信道的性能,我们采用了最恶劣的测试配置,如图9所示。被测电缆就是中心的那根电缆,它周围还有6根电缆。中心电缆与周围的电缆紧靠在一起,所有电缆都是相互平行的。为了保持这些电缆的相对位置,沿着电缆束的方向,每隔1英尺就使用Mile-Tie牌的软扎带绑上一圈。墙上插口和配线架上的连接硬件也都按照“6包1”的方式进行排列的,如图9所示。

按此在新窗口浏览图片 图9-信道测量的测试配置

按此在新窗口浏览图片 图10-在配线架和墙上插口处的连接器摆放方式

  通过一个网络分析器和一个8口交换机,测量了来自所有周围环绕的电缆和连接器的综合线外近端串扰(PSANEXT)和综合线外远端串扰(PSAELFEXT),从双端测试,从一端到另一端,正向和反向都进行了测试。测试结果如图10和图11所示,并将测试电缆中最差线对的测试结果与TIA工作文档SP-3-4426-A10草案1.3中关于增强型6类布线的要求进行了比较。在撰写本文时,TIA TR 42.7委员会尚无外部远端串扰要求的提议。外部远端串扰是10GBASE-T系统所必须要求的一个参数,但目前为止,标准委员会仍在对其进行研究。

按此在新窗口浏览图片 图11-综合线外近端串扰

按此在新窗口浏览图片 图12-综合线外等效远端串扰

其他传输参数的测试结果,如图13至图18所示。

按此在新窗口浏览图片 图13

按此在新窗口浏览图片 图14

按此在新窗口浏览图片 图15

按此在新窗口浏览图片 图16

按此在新窗口浏览图片 图17

按此在新窗口浏览图片 图18

  结论

  Belden IBDN 10GX系统是目前市场上仅有的一种UTP解决方案,在最差的信道和组件情况下,都满足TIA“增强型6类布线标准”中所规定的所有要求。

  Belden和CDT合并后协力优势由 10GX解决方案的创新性和性能指标可见一斑。Belden CDT网络部投入了一支专业的工程和科研团队,开发出一系列创新性的、稳定可靠的布线技术,使10GX解决方案的性能高于建议的10GBASE-T标准的最低要求。此解决方案在业内是遥遥领先的,在连接器和电缆设计等方面,它采用了多项专利的关键技术:

  连接器:   

  创新性的模块设计,最小延迟的补偿,确保NEXT和PSNEXT性能可扩展到625MHz MatriX IDC设计和电路布局,基本消除了电缆连接点处的外部串扰,将PSANEXT降低了15 dB;   

  独特的X-Bar,确保端接始终如一,及安装后的可信赖的NEXT和ANEXT性能;   

  模块技术,可实现高密度一线式端口的配线架,大型的简化的标签区和线缆管理设施;   

  小尺寸的插头,100%兼容现有的Belden IBDN配线架和面板;   

  精确的、阻抗匹配的插头/插口设计,在500 MHz条件下,信道回波损耗值优于8 dB电缆;   

  创新性的独特十字分隔条设计,可获得最佳的绞距和电缆内布局;

  额外的集成填充条,增强了随机性和内部导线对的间隔,同时具有惊人的柔韧性。