改進通信互連

2019-11-03 10:05:08

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供稿：網友

　　在幾年之前，對許多通信設計工程師來說，電纜問題往往在設計后期才加以考慮。有幾種現成的互連方法可供使用，但是，隨著數據傳輸攀升到更高速度的時候，電纜問題變成通信系統設計中重要組成部分。正確設計的纜線互連能夠保證在整個系統壽命期中獲得高速和無故障的數據傳輸。反之，不正確的互連可能成為數據傳輸錯誤的來源，薄弱的鏈接亦難于維護。下文提供的是改進互連設計的要點。

　　慎重選擇互連方式

　　隨著今天的數據和電信傳輸速率達到幾Gbit/s，傳統的PCB不再能滿足互連的要求，通常，信號在失真或變成電磁干擾的重要來源之前，在PCB板上只能傳輸幾厘米。與PCB相反，設計得當的線纜允許信號民在銅介質上傳輸幾米，在光纖介質上傳輸幾千米。

　　設計者有幾種選擇，能夠用較少的引腳來獲得同樣的連接性。最通用的辦法是采用PCI的互連產品。PCI基于并行傳輸和達到133MB/s的速率，但是PCI受到能夠支持的外設數目和外設工作的距離的限制。

　　Infiniband是另一種在通信設計業界中受到青睞的互連技術，它采用串行傳輸方式，并且專門設計用來滿足下一代通信設備互連所需的速率和距離，特別是，預期Infiniband能夠在PCB上幾厘米，在銅纜上幾米和在光纜上幾千米傳輸500、2000和6000MB/s的互連速率。

　　選擇協議

　　在設計者作出有關互連選擇之前，必須了解他在系統結構中準備采用的協議，以太網和互聯網協議（ip）是LAN和WAN應用的通用協議，盡管還有不少專用協議可供使用。對于通道通信來說，較常用的協議有IEEE1394、USB、IPI、SCSI和HIPPI。光纖通道和Infiniband既可用于通道通信，亦可用于網絡傳輸。不同的協議具有不同的速率特性和服務質量。許多行業標準確定了保證互操作性的連接器式樣，而專用協議的連接器則可根據所需的電氣和機械特性而定。

　　阻抗匹配

　　對于許多通信結構，匹配是保證設計成功的重要內容之一。在構建互連時匹配的重要性就非常明顯，因為通信系統是按一定傳輸速率和電氣參數來設計的。互連必須符合這些參數，以便獲得更好的性能。例如，互連阻抗應與系統的阻抗非常匹配，才能消除由阻抗失配引起的回波損耗。

　　抗EMI/RFI

　　電子設計遇到的一個難題，就是在通信系統中常見到的電磁干擾和射頻干擾（EMI/RFI）。因而，設計者必須預防和處理EMI/RFI問題，盡早在設計周期中采取措施。在電路板極最常用的辦法是在重要的線路上安裝小型濾波器。

　　另一種選擇是設計產生最小噪聲和串擾的屏蔽互連線纜。對于更高級別的抗擾生，每對互連線在設計時可考慮采用屏蔽。

　　信號完整性

　　任何互連要正常工作都必須考慮信號完整性。過去，傳輸10至100MB/s速率的互連采用手工焊接的終端，設計者即可獲得很好的信號完整性。當速率達到GB/S的范圍時手工焊接的終端就不能保證信號通過互連的完整性。

　　設計者要在焊接過程中實現端接來解決信號完整性。采用這種辦法的設計者可專注屏蔽用銅箔的微帶長度，以便獲得信號完整性的良好性能。對于在通信結構中采用密集連接器的系統，設計者可用一塊PCB作端接。然而，采用設計良好的直接工藝，可將各信號線直接接到連接器引腳而無需通過PCB。

　　環境條件

　　不單只是微型計算機，通信系統設計者也必須關注系統所工作的環境。線纜和連接器的設計要滿足機械、電氣和化學的環境條件。

　　例如，在機械方面設計工程師應小心評估空間的限制，線纜的彎曲半徑，以及互連所承受的機械應力的類型。在化學方面，許多線纜會遇到化學清洗、化學蒸發或化學泄漏，這些問題都需要考慮，還有，溫度范圍也要檢查，因為它會影響到線纜類型的選擇。

　　安全不容忽視

　　發生火災時線纜是火傳播的來源，還產生濃煙，使逃脫更困難。此外，線纜著火產生的煙霧對人體有害，對貴重設備有腐蝕的危險。針對這些危險，美國UL、加拿大標準局和歐洲共同體已設定標準和跟隨措施，以保證線纜設計具有最高級的安全性。

　　線纜性能

　　管理部門只抓安全的依從性，但不保證線纜系統的電氣和機械的依從性，可異，市場上的產品質量五花八門，從僅僅符合標準到超了要求的都有。不同制造廠的產品在質量一致性方面也有很大差別，良好的線纜設計和制造廠商不斷改進產品的性能，即使用戶沒有提出要求也保證具有最高標準。

　　測試協議的選擇

　　為通信系統建立互連時采用先進的電氣測試是非常重要的，傳統的互連測試不再適用。已經提出多種可測量時域和頻域的電氣性能的測試方法。

　　例如，數字信號傳輸是接收機必須測試的重要項目，以保證分辨出嚴格定義的由0與1組成的數字模組。高級的線纜質量測試包括眼圖測試，它采用偽隨機的位序列作為輸入信號，然后檢測模組的符號間干擾和抖動，兩者都會引起數據傳輸錯誤。用眼圖測試法檢測合格的互連，可使線纜不再是傳輸錯誤的來源。

　　避免線纜密集

　　工程師已習慣于電路背板或機箱內的零亂密布線纜。但是，過度密集的線纜難以發現故障，也不便于更換。

　　如果在早期就計劃好互連系統，工程師可作出設計良好的接線管理方案，使連接更有效率和容易維修。同時帶來的好處還有，設計者可降低機箱的熱耗，使空氣流動順暢，不必使用過多風扇，空調和其它致冷設備。

　　一種改進總體互連方案的辦法是與互連供應商緊密合作，此時，系統設計者和互連供應商緊密合作，此時，系統設計者互連設計公司可對新產品的驗證和發展中的產品擬定電氣和機械測試協議，結果，整個系統的性能得到改善和設計工程師可縮短產品的面市時間。

摘自《電子產品世界》2001.11

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