浙江兆龍互連科技股份有限公司

兆龍6類布線系統(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

近30年來，在中國(guó)智能樓宇市場(chǎng)上，約有60%的用戶選擇了6類千兆布線系統(tǒng)做為物理層媒介。在推出更高端線纜，如：萬兆6A類，7類，7A類，甚至支持25GBASE-T，40GBASE-T的8類銅纜之后，千兆6類布線系統(tǒng)依然具有生命力。

兆龍千兆6類布線系統(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類非屏蔽模塊。新模塊及其包含的6類布線系統(tǒng)具有以下4個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：

1. 6類模塊傳輸性能單體合規(guī)。

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

4. 6類布線系統(tǒng)支持PoE Type 4（PoE++，90瓦）。

兆龍6類新模塊通過單體測(cè)試（原件級(jí)別的性能測(cè)試），其傳輸性能滿足IEC 60603-7-4（包括 ISO/IEC 11801-1 和 TIA-568.2-D）對(duì)于6類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類連接器的近端串音的性能要求。

兆龍新開發(fā)的 6 類模塊的可靠性驗(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-溫度曲線驗(yàn)證 PoE 條件下的電流承載能力。

下面展開說明各個(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)。兆龍開發(fā)的6類模塊按照 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類非屏蔽連接器的current-temperature de-rating的結(jié)果。

新6類模塊匹配兆龍 6 類水平線纜和 6 類跳線組成的 6 類永久鏈路和信道，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 類布線系統(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)能通過標(biāo)準(zhǔn)要求的難度越高。3節(jié)點(diǎn)的永久鏈路的通過難度高于2節(jié)點(diǎn)鏈路；4節(jié)點(diǎn)信道的通過難度高于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類非屏蔽連接器的6類非屏蔽永久鏈路的傳輸性能測(cè)試結(jié)果。表 02是使用6類非屏蔽連接器的6類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 類布線系統(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類布線系統(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（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）滿足6類（E 級(jí)）信道的傳輸參數(shù)要求。
(2) 線纜捆扎后信道滿足外部串音（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）還沒有集成ALSNR的驗(yàn)證功能。兆龍實(shí)驗(yàn)室通過實(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）信道滿足5類（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。

通過計(jì)算得到的兆龍6類信道的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類信道可以無條件地支持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)行的方案是捆扎線束解綁，增大線纜之間的間距，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類信道，即使線束完全捆扎， ALSNR也能滿足5GBASE-T的要求。而對(duì)于超過 50 米的信道，由于插入損耗增大，因此需要解綁線纜降低纜間耦合。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類線纜的PoE升溫性能。因此兆龍6類非屏蔽系統(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類非屏蔽水平線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. 布線系統(tǒng)在PoE應(yīng)用環(huán)境中一對(duì)雙絞線內(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）也能滿足所有傳輸參數(shù)要求。

幾點(diǎn)有益的說明：

? 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)沒有屏蔽層，因此任何外來電磁干擾都會(huì)輻射至對(duì)絞線上。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)雙絞線的對(duì)內(nèi)電阻不平衡的要求。對(duì)絞線的兩根導(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。如果布線系統(tǒng)要支持以太網(wǎng)供電，那么布線系統(tǒng)必須要有較高的平衡性。

小結(jié)：開發(fā)一個(gè)合規(guī)的6類非屏蔽模塊是決定一個(gè)優(yōu)異性能的6類綜合布線信道/鏈路的重中之重。兆龍最新研發(fā)的6類非屏蔽模塊及其在研發(fā)過程中所做的創(chuàng)新及研究成果給用戶持續(xù)帶來價(jià)值。

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