中心議題

• 為高速數據傳輸應用指定連接方式時(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應用要求設計師選擇傳輸線(xiàn)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(xiàn)電纜依然應用廣泛
• 設計人員可通過(guò)查看插入損耗、電纜長(cháng)度、抗撓壽命規格作為選擇的出發(fā)點(diǎn)

世界上的無(wú)線(xiàn)應用越來(lái)越多，具有諷刺意味的是，在高速環(huán)境中使用電線(xiàn)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的高級系統工程師說(shuō)：“無(wú)線(xiàn)方式是競爭對手，但是從習慣上而言，讓用戶(hù)進(jìn)行轉換可能很難”。人們擔心無(wú)線(xiàn)通信會(huì )很容易受到其他無(wú)線(xiàn)通信的干擾。因此，設計工程師和系統設計人員在選擇正確的連接方式時(shí)肩負著(zhù)前所未有的壓力。那么，在為高速數據傳輸應用指定連接方式時(shí)，電氣工程師究竟應該了解和考慮那些因素呢？我曾經(jīng)就這個(gè)問(wèn)題詢(xún)問(wèn)過(guò)一些具有各種背景的業(yè)內專(zhuān)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(xiàn)電纜
光纜對電纜的挑戰由來(lái)已久。雖然光纖光纜在性能上有明確的優(yōu)勢，而且通常被認為將在某個(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為它的可靠性、品質(zhì)以及大部分現有基礎設施都對電纜提供了很好的兼容性這一事實(shí)。所以，許多設計人員不知道應該如何取舍。

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，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(huà)雖如此，但Corning公司的最新進(jìn)展或許能夠將此前的局勢扭轉，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(zhuān)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，而這種優(yōu)勢決定了它將主宰市場(chǎng)。Wontrop說(shuō)：“電纜連接將繼續存在，但隨著(zhù)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：“轉而使用光纖光纜需要用戶(hù)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芯片或者對芯片進(jìn)行重新編程。”

數據單
存在很多種高速電纜的數據單規格，但是我所認識的工程師認同一些更重要的規格。Avnet IP&E（亞利桑那州菲尼克斯）的高級副總裁Pat Wastal認為衰減、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據單中獲取的最重要的規格。Soubh推薦設計人員通過(guò)查看插入損耗、電纜長(cháng)度以及抗撓壽命規格作為選擇的出發(fā)點(diǎn)。

纜線(xiàn)類(lèi)型
盡管銅線(xiàn)電纜和光纜構架是高速纜線(xiàn)兩種可選的基本類(lèi)型，但是在每種類(lèi)別中都有許多具有大量不同選項的不同類(lèi)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(xiàn)?；阢~線(xiàn)的其他纜線(xiàn)類(lèi)型包括：并行電線(xiàn)、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?、多模和塑料光學(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(xiàn)現在也被設計用于處理信號、功率或者數據的傳輸。但是將所有數據混雜在一起有其固有的問(wèn)題。正如Wontrop所說(shuō)：“這樣做很好，但是信號中以及數據傳輸信號中的大功率噪聲（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(zhuān)門(mén)為10GbE應用設計的，它們極度依賴(lài)于用于傳輸數據信號的電線(xiàn)和電纜。Soubh深信這種壓力給電纜制造商造成了很大的壓力，制造商現在必須對整個(gè)系統進(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)行測量以確保沒(méi)有任何步驟偏離或不符合嚴格的處理要求。”Wontrop對這種過(guò)渡的看法要更加樂(lè )觀(guān)一些。他說(shuō)：“大部分工業(yè)應用還不需要它，但是一旦時(shí)機成熟，用戶(hù)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(xiàn)的類(lèi)型，設計人員必須準備好解決高速應用和環(huán)境中可能突然出現的不可避免的問(wèn)題。Wontrop提到了設計人員在設計高速電纜時(shí)所關(guān)心的一些問(wèn)題，其中包括長(cháng)期運轉可能導致的功率損耗，消除周邊輻射和傳導電噪聲的影響，電纜外殼是否能夠經(jīng)受住目標環(huán)境，以及終端連接器的兼容性。

屏蔽和材料
根據應用和目標成本的不同，存在許多可用的屏蔽方法。其中包括標準的編織屏蔽、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。對于銅線(xiàn)電纜而言，護套材料可以從PVC、聚四氟乙烯（FEP）、TPE、TPR以及無(wú)鹵素聚合物中選擇。中心導線(xiàn)通常是由鍍銀銅線(xiàn)或錫銅材料所制成。

應用
毫無(wú)疑問(wèn)，許多應用使用或者需要使用高速纜線(xiàn)。封裝、印染加工、半導體以及電子產(chǎn)業(yè)都依賴(lài)于高速的連接，Wontrop如是說(shuō)：“通信速率超過(guò)10MHz的高速連接正在應用到所有的工業(yè)應用中。”

測試
纜線(xiàn)制造商會(huì )在許多不同的可變因素和環(huán)境下對自己的產(chǎn)品進(jìn)行測試。Soubh推薦電氣工程師們特別注意阻抗性能的測試、多通道插入/回波損耗、延時(shí)以及歪斜失真。應該使用現有的測量方法來(lái)確保這個(gè)過(guò)程可以生產(chǎn)出穩定的/一致的產(chǎn)品。