中心議題

• 為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用指定連接方式時，電器工程師需要考慮的因素
• 技術(shù)并非越新越好，還要考慮它的實用性
• 10GbE應(yīng)用要求設(shè)計師選擇傳輸線纜時需要注意更多問題

解決方案

• 在未來光纖將會勝出，但目前銅線電纜依然應(yīng)用廣泛
• 設(shè)計人員可通過查看插入損耗、電纜長度、抗撓壽命規(guī)格作為選擇的出發(fā)點

世界上的無線應(yīng)用越來越多，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(tǒng)工程師說：“無線方式是競爭對手，但是從習(xí)慣上而言，讓用戶進行轉(zhuǎn)換可能很難”。人們擔(dān)心無線通信會很容易受到其他無線通信的干擾。因此，設(shè)計工程師和系統(tǒng)設(shè)計人員在選擇正確的連接方式時肩負(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，電氣工程師究竟應(yīng)該了解和考慮那些因素呢？我曾經(jīng)就這個問題詢問過一些具有各種背景的業(yè)內(nèi)專業(yè)人士。希望這個引子能夠讓選擇的過程變得稍微簡單一些。

光纜和銅線電纜
光纜對電纜的挑戰(zhàn)由來已久。雖然光纖光纜在性能上有明確的優(yōu)勢，而且通常被認(rèn)為將在某個時刻將完全取代電纜，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(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施都對電纜提供了很好的兼容性這一事實。所以，許多設(shè)計人員不知道應(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覺得，只要配置得當(dāng)，這兩種方案都同樣可靠，否則都存在問題。但是電纜的問題要少得多，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公司的最新進展或許能夠?qū)⒋饲暗木謩菖まD(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：“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。Wontrop說：“電纜連接將繼續(xù)存在，但隨著光纖連接器的問題得到解決，由于它具有自身固有的噪聲免疫性能，它很可能會主宰市場。”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芯片或者對芯片進行重新編程。”

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)計人員通過查看插入損耗、電纜長度以及抗撓壽命規(guī)格作為選擇的出發(fā)點。

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的不同類型可供選擇。一些較常見的（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：單模、多模和塑料光學(xué)光纖（POF）。單模的特點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)計用于處理信號、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題。正如Wontrop所說：“這樣做很好，但是信號中以及數(shù)據(jù)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
越來越多的即將面世的產(chǎn)品都是專門為10GbE應(yīng)用設(shè)計的，它們極度依賴于用于傳輸數(shù)據(jù)信號的電線和電纜。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)在必須對整個系統(tǒng)進行比以前多得多的考慮。他說：“電纜制造商必須切實密切注意每種組件并嚴(yán)格地指定每種組件，制造電纜過程中的每一步都必須合格并不斷地進行測量以確保沒有任何步驟偏離或不符合嚴(yán)格的處理要求。”Wontrop對這種過渡的看法要更加樂觀一些。他說：“大部分工業(yè)應(yīng)用還不需要它，但是一旦時機成熟，用戶會想出辦法來有效地利用增加的帶寬。”

問題和顧慮
不考慮所使用的纜線的類型，設(shè)計人員必須準(zhǔn)備好解決高速應(yīng)用和環(huán)境中可能突然出現(xiàn)的不可避免的問題。Wontrop提到了設(shè)計人員在設(shè)計高速電纜時所關(guān)心的一些問題，其中包括長期運轉(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。對于銅線電纜而言，護套材料可以從PVC、聚四氟乙烯（FEP）、TPE、TPR以及無鹵素聚合物中選擇。中心導(dǎo)線通常是由鍍銀銅線或錫銅材料所制成。

應(yīng)用
毫無疑問，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：“通信速率超過10MHz的高速連接正在應(yīng)用到所有的工業(yè)應(yīng)用中。”

測試
纜線制造商會在許多不同的可變因素和環(huán)境下對自己的產(chǎn)品進行測試。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、延時以及歪斜失真。應(yīng)該使用現(xiàn)有的測量方法來確保這個過程可以生產(chǎn)出穩(wěn)定的/一致的產(chǎn)品。