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兆龍6類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新及研究成果

發(fā)布者:兆龍互連 發(fā)布時(shí)間:2021-08-13
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近30年來(lái),在中國(guó)智能樓宇市場(chǎng)上,約有60%的用戶(hù)選擇了6類(lèi)千兆布線(xiàn)系統(tǒng)做為物理層媒介。在推出更高端線(xiàn)纜,如:萬(wàn)兆6A類(lèi),7類(lèi),7A類(lèi),甚至支持25GBASE-T,40GBASE-T的8類(lèi)銅纜之后,千兆6類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)依然具有生命力。

兆龍千兆6類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)研發(fā)迭代,于近期成功研發(fā)出了第二代高性能6類(lèi)非屏蔽模塊新模塊及其包含的6類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)具有以下4個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):


1. 6類(lèi)模塊傳輸性能單體合規(guī)。

2. 6類(lèi)永久鏈路和信道通過(guò)多節(jié)點(diǎn)、短距離驗(yàn)證。
3. 6類(lèi)信道支持2.5GBASE-T和5GBASE-T。

4. 6類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)支持PoE Type 4(PoE++,90瓦)。

兆龍6類(lèi)新模塊通過(guò)單體測(cè)試(原件級(jí)別的性能測(cè)試),其傳輸性能滿(mǎn)足IEC 60603-7-4(包括 ISO/IEC 11801-1 和 TIA-568.2-D)對(duì)于6類(lèi)連接器的所有傳輸參數(shù)要求。
近端串音(NEXT)按照 IEC 60512-27-100 的測(cè)試方法驗(yàn)證了針對(duì)跳線(xiàn)水晶頭的適配性分析(技術(shù)名詞:“測(cè)試插頭的矢量響應(yīng)分析”),正反向一共 28 個(gè)參數(shù)都符合6類(lèi)連接器的近端串音的性能要求。

兆龍新開(kāi)發(fā)的 6 類(lèi)模塊的可靠性驗(yàn)證有以下亮點(diǎn):


? 遵循實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法驗(yàn)證傳輸性能滿(mǎn)足 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。
? 插拔次數(shù)達(dá)到 PL2 等級(jí)(2500 次)。
? 按照 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試 PoE Type 4 帶電插拔耐受性。
? 測(cè)試電流-溫度曲線(xiàn)驗(yàn)證 PoE 條件下的電流承載能力。

下面展開(kāi)說(shuō)明各個(gè)亮點(diǎn)的細(xì)節(jié):

? 新模塊按照 IEC 60603-7 的 6 個(gè)測(cè)試組進(jìn)行完整的連接器可靠性驗(yàn)證。除了傳輸參數(shù),其它的可靠性測(cè)試完成了6個(gè)測(cè)試組總共31個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。
? 在插拔次數(shù)測(cè)試中,兆龍實(shí)驗(yàn)室完成了 2500次插拔測(cè)試。(模塊的插拔次數(shù)有兩個(gè)等級(jí):PL1=750 次,PL2=2500 次。)
? 模塊的“靜態(tài)”電流承載能力也是需要驗(yàn)證的一個(gè)參數(shù)。兆龍開(kāi)發(fā)的6類(lèi)模塊按照 IEC 60603-7 的 current-temperature de-rating要求測(cè)試驗(yàn)證了不同溫度條件下的承載電流能力。下圖是在兆龍實(shí)驗(yàn)室測(cè)試6類(lèi)非屏蔽連接器的current-temperature de-rating的結(jié)果。

新6類(lèi)模塊匹配兆龍 6 類(lèi)水平線(xiàn)纜和 6 類(lèi)跳線(xiàn)組成的 6 類(lèi)永久鏈路和信道,按照 TIA-568.2-D Annex L 驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)所有建議的多節(jié)點(diǎn)配置(包括 3 節(jié)點(diǎn)鏈路和 4 節(jié)點(diǎn)信道)。

在6 類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)的永久鏈路和信道性能驗(yàn)證中,標(biāo)準(zhǔn)推薦的永久鏈路和信道的最壞情況的模型有如下幾個(gè):

1. 永久鏈路:90米(2節(jié)點(diǎn));信道:5+90+5米(2節(jié)點(diǎn))。
2. 永久鏈路:5+85米(3節(jié)點(diǎn));信道:5+5+85+2+3米(4節(jié)點(diǎn))。 
3. 永久鏈路:5+15米(3節(jié)點(diǎn));信道:1+5+15+1+2米和2+5+15+1+2米(4節(jié)點(diǎn))。
4. 永久鏈路:15米(2節(jié)點(diǎn));信道:1+15+1+2米(3節(jié)點(diǎn))。
5. 永久鏈路:10米(2節(jié)點(diǎn));信道:1+10+1米(2節(jié)點(diǎn))。
 
原則一:節(jié)點(diǎn)越多,各節(jié)點(diǎn)之間距離越短,則近端參數(shù)能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的難度越高。3節(jié)點(diǎn)的永久鏈路的通過(guò)難度高于2節(jié)點(diǎn)鏈路;4節(jié)點(diǎn)信道的通過(guò)難度高于2節(jié)點(diǎn)信道。所以,在TIA-568.2-D Annex L建議的鏈路和信道配置中,難度最大的永久鏈路是5+15米三節(jié)點(diǎn)鏈路,難度最大的信道是1+5+15+1+2米四節(jié)點(diǎn)信道。表 01是使用6類(lèi)非屏蔽連接器的6類(lèi)非屏蔽永久鏈路的傳輸性能測(cè)試結(jié)果。表 02是使用6類(lèi)非屏蔽連接器的6類(lèi)非屏蔽信道的傳輸性能測(cè)試結(jié)果。

△ 表 01 – 永久鏈路最小余量總結(jié)(dB)

△ 表 02 – 信道最小余量總結(jié)(dB)
原則二:節(jié)點(diǎn)越多難度越大,非標(biāo)準(zhǔn)的 6 節(jié)點(diǎn)信道的難度又高于 4 節(jié)點(diǎn)信道。兆龍完成了驗(yàn)證6 類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)的 6 節(jié)點(diǎn) 100 米信道和 40 米信道,體現(xiàn)了兆龍 6 類(lèi)系統(tǒng)的性能非常高。下圖所示為兆龍實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的100米和40米6節(jié)點(diǎn)信道的配置。

測(cè)試得到的傳輸參數(shù)如下:

兆龍6類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)(信道)按照ISO/IEC TR 11801-9903和TIA-TSB-5021驗(yàn)證了支持2.5GBASE-T和5GBASE-T的能力。尤其按照標(biāo)準(zhǔn)要求驗(yàn)證了外部串?dāng)_性能(ALSNR),給出了5GBASE-T的成束安裝建議。

用于證明一個(gè)6類(lèi)(E級(jí))信道具有支持5GBASE-T能力的2個(gè)步驟:

(1) 信道(單通道)滿(mǎn)足6類(lèi)(E 級(jí))信道的傳輸參數(shù)要求。
(2) 線(xiàn)纜捆扎后信道滿(mǎn)足外部串音(ALSNR)的要求,即:測(cè)試1 MHz至200 MHz的外部串音并驗(yàn)證5GBASE-T的ALSNR有正余量。

上述要求 (1) 比較容易操作,常見(jiàn)的工程儀表都可以做到。而要求 (2) 比較困難,因?yàn)楝F(xiàn)有工程儀表(例如Fluke、Ideal等測(cè)試儀)還沒(méi)有集成ALSNR的驗(yàn)證功能。兆龍實(shí)驗(yàn)室通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法,按照標(biāo)準(zhǔn)步驟計(jì)算 ALSNR的余量。

要證明一個(gè)信道能支持2.5GBASE-T也有2個(gè)步驟:
(1)信道滿(mǎn)足5類(lèi)(D級(jí))信道的傳輸參數(shù)要求;

(2)測(cè)試1 MHz至100 MHz的外部串音并驗(yàn)證2.5GBASE-T的ALSNR有正余量。


通過(guò)計(jì)算得到的兆龍6類(lèi)信道的2.5GBASE-T的ALSNR在任何長(zhǎng)度下,即使完全捆綁條件下,也有正余量。因此使用兆龍新模塊的6類(lèi)信道可以無(wú)條件地支持2.5GBASE-T。

關(guān)于5GBASE-T的ALSNR,兆龍實(shí)驗(yàn)的研究成果如下:

? 信道線(xiàn)纜捆扎長(zhǎng)度越長(zhǎng),纜間耦合的外部干擾越多,外部干擾的噪聲功率越 高。而且信道長(zhǎng)度越長(zhǎng),線(xiàn)纜的插入損耗越大,接收端收到的信號(hào)功率越低。此消彼長(zhǎng),長(zhǎng)度越長(zhǎng)的信道,接收端的有用信號(hào)的功率與外部串音的噪聲功 率的比值就越小(這個(gè)就是 ALSNR)。信噪比越小,誤碼率就會(huì)升高,導(dǎo)致 信道無(wú)法支持指定的傳輸速率。
? 要提高 ALSNR,一個(gè)途徑是提高信號(hào)功率,可執(zhí)行的方案是減小信道長(zhǎng)度, 即減小插入損耗,使接收端收到更大的信號(hào)功率;另一個(gè)途徑是降低纜間耦 合,可執(zhí)行的方案是捆扎線(xiàn)束解綁,增大線(xiàn)纜之間的間距,從而使接收端收 到的噪聲功率降低。
? 根據(jù)兆龍實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算結(jié)果,50米以下的6類(lèi)信道,即使線(xiàn)束完全捆扎, ALSNR也能滿(mǎn)足5GBASE-T的要求。而對(duì)于超過(guò) 50 米的信道,由于插入損耗增大,因此需要解綁線(xiàn)纜降低纜間耦合。信道長(zhǎng)度越長(zhǎng),需要解綁的長(zhǎng)度也會(huì)增加。
? 100米的信道,需要兩端各解綁35米,即解綁總長(zhǎng)70米,只在中間捆綁 30米才能支持5GBASE-T的ALSNR。因此兆龍建議超過(guò)50米的信道完全解綁以確保支持5GBASE-T;或者選用更高等級(jí)的銅纜,如:6A系統(tǒng),以更好的支持50米以上的5GBASE-T應(yīng)用。
兆龍新6類(lèi)模塊在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)按照IEC 60512-99-002標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證了帶電插拔能力,同時(shí)驗(yàn)證了6類(lèi)線(xiàn)纜的PoE升溫性能。因此兆龍6類(lèi)非屏蔽系統(tǒng)已經(jīng)能夠支持PoE Type 4應(yīng)用(最高90 W)。
下圖為兆龍實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證6類(lèi)連接器帶電插拔性能后金屬結(jié)構(gòu)表面的電弧燒蝕情況。

下圖為兆龍實(shí)驗(yàn)室測(cè)試6類(lèi)非屏蔽水平線(xiàn)纜在直流供電條件下的升溫值。

模塊的平衡參數(shù)(TCL和TCTL)得到大幅改善之后有哪些好處?


1. 非屏蔽系統(tǒng)有更強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
2. 布線(xiàn)系統(tǒng)在PoE應(yīng)用環(huán)境中一對(duì)雙絞線(xiàn)內(nèi)承載電流的差異更小。 
3. 非屏蔽系統(tǒng)能夠更好地支持5GBASE-T。
4. 4節(jié)點(diǎn)信道短鏈路(1+5+15+1+2米)也能滿(mǎn)足所有傳輸參數(shù)要求。

幾點(diǎn)有益的說(shuō)明:

? 平衡參數(shù)(如TCL和TCTL)描述傳輸系統(tǒng)將差模信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣材P盘?hào)的能力。它們等效于傳輸系統(tǒng)將外來(lái)共模噪聲轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的差模噪聲的能力。平衡參數(shù)性能越好,系統(tǒng)會(huì)更少地將共模噪聲轉(zhuǎn)為差模噪聲。
? 非屏蔽系統(tǒng)沒(méi)有屏蔽層,因此任何外來(lái)電磁干擾都會(huì)輻射至對(duì)絞線(xiàn)上。絕大多數(shù)情況下,外部輻射的電磁干擾信號(hào)是共模信號(hào)。因此,一個(gè)平衡性非常好的非屏蔽系統(tǒng),即使接收到了共模噪聲,系統(tǒng)也只會(huì)轉(zhuǎn)變出非常少的一部分差模噪聲,相當(dāng)于將共模噪聲“過(guò)濾”或“抑制”。因此平衡參數(shù)是衡量非屏蔽系統(tǒng)抵抗電磁干擾能力的指標(biāo)。
? 對(duì)絞電纜在直流供電時(shí),一對(duì)雙絞線(xiàn)的兩根導(dǎo)體以并聯(lián)的形式承載電流。如果兩根導(dǎo)體的電阻相同,則電流平均分流在兩根導(dǎo)體上傳輸。如果兩根導(dǎo)體的電阻不同,則按照電阻并聯(lián)的性質(zhì),小電阻的導(dǎo)體承載更多電流。而導(dǎo)體電阻消耗的功率按照P=I2 ?R 計(jì)算,電流差距越大,小電阻導(dǎo)體消耗的功率按照電流的平方律增大,會(huì)導(dǎo)致一對(duì)雙絞線(xiàn)內(nèi)的一根導(dǎo)體的發(fā)熱量大大高于另一根導(dǎo)體。為此,PoE相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC TS 29125(信息技術(shù),終端設(shè)備遠(yuǎn)程供電的電信布線(xiàn)要求)以及TIA TSB-184-A(Guidelines for Supporting Power Delivery Over Balanced Twisted-Pair Cabling)規(guī)定了一對(duì)雙絞線(xiàn)的對(duì)內(nèi)電阻不平衡的要求。對(duì)絞線(xiàn)的兩根導(dǎo)體電阻差距越大,相當(dāng)于兩根導(dǎo)體越“不平衡”,會(huì)反映到平衡參數(shù)測(cè)量當(dāng)中。如果布線(xiàn)系統(tǒng)要支持以太網(wǎng)供電,那么布線(xiàn)系統(tǒng)必須要有較高的平衡性。

 小結(jié):開(kāi)發(fā)一個(gè)合規(guī)的6類(lèi)非屏蔽模塊是決定一個(gè)優(yōu)異性能的6類(lèi)綜合布線(xiàn)信道/鏈路的重中之重。兆龍最新研發(fā)的6類(lèi)非屏蔽模塊及其在研發(fā)過(guò)程中所做的創(chuàng)新及研究成果給用戶(hù)持續(xù)帶來(lái)價(jià)值。

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