1、高頻傳輸理論及高頻信號傳輸線材相關知識主 講 : Dany Hu数据通信(Data Communication)是計算机网絡(Computer Network)和因特网(Internet)的基礎,為了帮助非計算机專業专业的同仁对数据通信技术与計算机网絡和 Internet 的關系有一个全面的了解，本章将对数据通信知識進行簡单介紹。第一節 傳輸介質(Transmission Media)所有計算机之間的通信都涉及由傳輸介質傳輸某种形式的数据編碼信号。傳輸介質在計算机、計算机网絡中络设备间起互連和通信作用，為數據信號提供從一個節點傳送到另一個接點的物理通路。計算機與計算機網絡中采用的傳輸介質可分為
2、有線和無線傳輸介質兩大類.一.有線傳輸介質(Wired Transmission Media)計算機網絡中目前流行使用的有線傳輸介質(Wired Transmission Media)為:銅線和玻璃纖維.1.銅線.铜线銅線(Copper Wire):由于具有較低的電阻率、價廉和安裝容易等優點因而成為最早用于計算機網絡中的傳輸介質,它以介質中傳輸的電流作為數據信號的載體.為了盡可能減小銅線介質所傳輸信號之間的相互干涉(Interference)，我們使用兩種基本的銅線類型, 雙絞線和同軸電纜.(1) 雙絞線线雙絞線(Twisted Pair): 是把兩條互相絕緣的銅導線紐絞起來組成一條通信線路,
3、它既可減小流過電流所輻射的能量，也可防止来自其它通信线路上信号的干涉。双绞线分屏蔽和无屏蔽两种，双绞线的线路损耗较大，传输速率低，但量, 也可防止來自其它通信線路上信號的干涉. 雙絞線分屏蔽和無屏蔽兩種,雙絞線的線路損耗較大, 傳輸速率低, 但價格便宜,安裝容易 ,常用于對常用于对通信速率要求不高的网絡連接中。(2)同軸電纜轴电缆同軸電纜(Coaxial Cable):由一对同轴导线组成，同轴电缆频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的抗干扰能力和更好的传输性能。按特性阻抗值不同，同轴电缆可分为基带(用于传输单路信号)和宽带(用于同时传输多路信号)两种。同轴电缆是目前 LAN 局域网与有线电视网中普
4、遍采用的比较理想的传输介质。2.玻璃纤维目前，在计算机网络中十分流行使用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质，它以介质中传输的光波(光脉冲信号)作为信息载体，因此我们又将之称为光导纤维，简称光纤(Optical Fiber)或光缆(Optical Cable)。光缆由能传导光波的石英玻璃纤维(纤芯)，外加保护层构成。在光缆一头的发射器使用 LED 光发射二极管(Light Emitting Diode)或激光(Laser)来发射光脉冲，在光缆另一头的接收器使用光敏半导体管探测光脉冲。与电缆相比，光缆具有体积小、重量轻，频带宽、容量大，传输速率高，不受外界电磁场的影响，抗干扰能力强，安全保密性好，
5、可以单根使用等优点；但它弯成直角时易折断，并难于确定折断位置，安装和连接均需要专用设备。近年来，由于扩展束透镜技术在多节点连接器应用上的突破，再加上诸如光源、检波器和多路转换器等光缆部件的开发和端口化，光缆已成为计算机网络中最理想的传输介质。光缆可分为单模(只提供单路光信道 )和多模(提供多路光信道)两种传输方式。二、无线传输介质(Wireless Transmission Media)无线传输介质(Wireless Transmission Media)是指无须架设或铺埋电缆或光缆，把数据信号转换为电磁波后直接通过自由空间进行传送。例如，无线电波、微波、红外线、激光等数据信号载体本身都可以用
6、作无线传输介质。1.无线电波无线电波(Radio):作为传输介质，既可用于无线电和电视广播，也可用于计算机网络与计算机网络之间数据信号的传输。网络通信设备间通过天线来发送和接收无线电波实现数据传输，我们称之为 RF 射频传输(Radio Frequency Transmission)。射频对应的无线电波不能随地球表面弯曲传输，但可以通过卫星转播传输。通常一颗卫星装有许多对相互独立的发射器和接收器，每一对发射器和接收器使用各自的频道，因次可以同时实现多路通信。2.微波微波(Microwave):使用高于广播与电视所用的电磁波频率，它也可以用作传输介质。微波通信可用于长途电话，也可以用于数据通信传
7、输。与无线电波向所有方向发射不同，微波只可以向某个固定方向传输，并可以携带更多的信息。由于微波不能进入金属结构，因次在微波发射器与接收器之间不应有障碍物，微波也可以使用卫星转播传输。3.红外线红外线(Infrared):使用远高于微波而接近于可见光的频率，常用于小范围(例如在一个房间里)的信号传输，它不需要天线，使用时要求发射器直接对准接收器。它常用于笔记本计算机，例如我们可以在一个房间的计算机网络中使用红外线来让笔记本计算机在房间内移动时均保持与网络连接。4.激光激光(Laser):除了可以在光缆中用作传输数据信号的载体外，它也可以直接作为传输介质在空气中传输数据。与微波传输类似，激光只能向
8、一个固定方向传播，它不能穿过金属、植物，甚至雪和雾，因此直接用激光作为传输介质在实用上受到限制。第二节 描述傳輸線的基本參數.1. 一次傳輸參數: R, L, C, G.2. 二次傳輸參數: 特性阻抗衰減延時延時差串音結構回波損耗第三节 高頻傳輸線材相關介紹.1. USB 的應用.USB 為 Universal Series Bus (萬用串列埠)的縮寫,是一种串列通訊協定(Serial Protocol),它負責實體層和鏈結層的建立.它可以支援慢速的資料傳輸(如滑鼠,鍵盤,游戲搖 桿等).也支 援快速的數位壓縮影音資訊.USB 的結構一般為一對加兩芯,分別用來傳輸數據和提供給周邊設備所需的電
9、源線,在 USB2.0 版以前的標準已明確定義了速度各為 12Mbps(Full Speed)及 1.5Mpbs(Low Speed)兩种電纜線.分別與上游 HOST 端的 TYPE A 連接器與下游端 Device 端的 TYPE B 連接器組合而成的 USB 線纜組(Cable Assembly).USB 星狀網路是透過 USB 集線器(Hub)和電腦內部的根集線器(Root Hub)組成.並隨著集線器的數量增加而使網路的規模隨之增大.一般 USB 的連接只能接 5 階 Hub,可以允許多達 127 個周邊設備.串接到一個外接 USB 埠上,而不同於現在的串列埠或並列埠一般,一個埠只能接一
10、個周邊設備.如下圖所示: USB 的優點:1現行 USB 網路解決了現在主機後面一大堆線亂繞的困境. 2能夠在不用重新開機或安裝狀態下隨時安插各式的周邊設備.USB 是一种新的連接標準,它不需要再重新配置系統就可以使周邊設備直接連到電腦,為隨插即用(PNP Hot-Snapping)提供了更為寬廣的未來,增加了使用者使用上的方便迅速.目前 USB 已經可以達到 480Mbps(High Speed)的高速傳輸目標,已經超過了 IEEE 1394-1995 規格所定的速度,即使 USB 仍然有一些間題有待解決,不過占盡价格與技術優勢,USB 2.0 將成為 PC 匯流排標準的主流已經是必然的趨勢
11、.目前 IEEE 1394 傳輸速度為 400Mbps,但 IEEE 1394 有一項功能是沒有的,即 IEEE 1394 可以周邊接周邊設備.(對等式的連接 Peer To Peer).2.USB 的曆史演進1995 年 七家居領導地位的公司提出 USB(最初在通訊領域).1995 年 成立 USB Implementers Forum(USB IF, USB 聯盟).1996 年 公布 USB 1.0 標準.1998 年 9 月 發布了 USB 1.1 標準,並僅剩下四個核心公司.1999 年 1 月 Intel 縱 IEEE 1394 撤退,發表 USB 2.0 的構想.1999 年 H
12、P,PHILIPS,LUCENT 加入聯盟,10 月決定了 480Mbps 的傳輸速度.2000 年 3 月 USB IF 改為公可形態(USBIF,INC)2000 年 4 月 正式發表 USB 2.0 版標準.3.USB IMPLEMENTERS FORUM 組織USB 聯盟為一非營利組織,成員包括 USB 發起的七個核心公司,除了最主要的 USB 技術發展和標準訂定外,其如開辦技術研討會,安排產品相容性測試,維護 USB 網站資料,參加國際 性展覽,召開技術性會議以及會員的招收等也是定期性的任務. 除了核心公司的代表外,協會另設有主席,副主席,秘書和一些技術委員會,各設有專人負責.目前全
13、世界會員多達 800 家以上.4.USB 2.0 版與 1.1 版之不同5.USB與 IEEE 1394之比較雖然 USB 與 1394 兩种串列埠外表極為相似,不過卻有不同的應用頻寬和不同的成本.1394 雖然可以在相同時間內處理更多的資料,但是由於复雜的通訊協定使得成本提高,所以 1394 适合用在磁碟機,高品質影像處理或其他寬頻的應用產品上;USB 則适用於如掃瞄儀,印表機,滑鼠,鍵盤或音響等中低頻寬產品.其實 USB 和 1394 兩者具有互補的功能與技術,1394 著重於高性能而不在乎价格,而USB 卻擁有价格上的優勢.USB 有了 Intel 晶片及 Microsoft 作業系統的
14、全力配合,目前几乎每一台 PC 或筆記型電腦出貨時均附了 USB 介面,並且 USB 由於其隨插即用功能,使用便利,成本低,可獨立的供電設計特性,加上傳輸速度比 1394 高出 20%的優勢,現在鍵盤,滑鼠,印表機,掃瞄機,掃瞄儀,喇叭,搖捍,外接式光碟機和硬碟 ,PDA,MP3 以及數位相機等周邊都已納入 USB 陣營.不過,1394 的對等式(Peer To Peer)傳輸功能,高階周邊如視訊影響或 IA產品的應用上也是 USB 目前所不及的優點,何況 1394 未來的傳輸速度一定也會再大幅提升.1.IEEE 1394 transmission modeDifferential mode.
15、Singnal=A-A* 即 5V singnal分為+2.5V, -2.5V,低電壓 Common mode.Singnal=(A+A*)/2Single end mode.項目 2.0 版 1.1 版信號間的滯留 信號傳輸速度.VTPA=VTPA(50)+VTPA(100)+VTPA(200)/3*L5.05ns/MSingnal Pairs Skew limits: S=S(50)+S(100)+S(200)/3IEEE 1394 High speed electrical functionality.A: Electrical parameters specification tabl
16、e12 Impedance(Connector)P 1394aDraft 2.0Annex B.2500 PS risetime at 50 PSand 150 PS,100 PS and 150 PS beyond the connector launch planeDifferential Mode(connector)P1394aDraft 2.0Annex B.2ZTPAconn=1106ZTPBconn=110613 Attenuation IEEE Std1394-1995Annex K.4L=4.5mat100MHz,200MHz and 400MHzAttenuation IE
17、EE Std1394-1995Annex K.4100MHz.IEEE1394b Cable 結構a. Beta plug to Beta Plugb. IEEE1394a 6Pin to Bilingual plugc. IEEE1394a 4Pin to Bilingual plug3. IEEE1394b Cable 測試規格a. Impedance :110+/-6 ; 33+/-6; 110+/-20b. Signal pairs attenuationFrequency Cable attenuation Connector allowance Total allowance250
18、 MHz 2.30 dB 1.00 dB 3.30 dB400 MHz 2.90 dB 1.20 dB 4.10 dB500 MHz 3.50 dB 1.35 dB 4.85 dB800 MHz 4.60 dB 1.60 dB 6.20 dB1000 MHz 5.50 dB 2.00 dB 7.50 dBc. signal pairs velocity of propagationV5.05ns/md. Intra-pair skew 160pse. Crosstalk: connector 3% ; assembly 5%I. INTRODUCTIONis the next generati
19、on storage interface standard for PC, designed to replace the Ultra ATA parallel interconnect cable (80 conductor) with a much smaller, more flexible serial design. Generation I implementations transfer data at 1.5Gb / second. Generation II and III run at 3.0Gb and 6.0Gb respectively. More informati
20、on on this standard can be found at www.serialata.org.Golden Bridge has a complete family of cables designed for SATA Generation I and II compliance levels. All incorporate our 2 pair 100 ohm skewclear technology to deliver the cleanest signal over maximum cable lengths. Inside the box cables are ty
21、pically made with low cost cigarette wrap aluminum mylar shields and either 3 or 4 oriented drain wires for cost effective high volume termination. All constructions are jacketed with PVC jacketing for optimum cable flexibility.II. TAKE A LOOKIII. BENEFITS OF SERIAL ATAa). Reductions in voltage and
22、pin countb).Smaller,easier-to-rount cables,elimination of the cable Length limitationc). Improved data robustnessd). Backward compatibilityIV. OUTLINE DRAWINGV. SPECIFICATION1). Cable structure (UL 2095 80C 300V)Conductor: 26AWG(1/0.404)X2P solid tinned copperInsulation: Foam polyolefin OD=1.1mmShie
23、ld: AL-mylar plus 28AWG(1/0.32) solid tinned copper drain wireJacket: PVC red matte with marking2). Connector specificationInsulator: LCP UL94V0 rate; Contact: brass contacts gold flash 1u”,3u”,5u”,10u”,15u”,30u”.Contact insertion force:4.0KG Max; Contact separation force: 1.0KG Min.Contact current
24、rating: 1Amp ; Contact resistance: 30 milliohms Max.Insulation resistance: 500 Megohms Max ; Operating temperature: -55C to +105C3). Electrical specificationTest ParameterZ-diff(ohms)Z-match(ohms)Z-com(ohms) Rise TimeRise Time DegradationAttenuation(104500MHz)NEXT(104500MHz)Intra-pair SkewSpec 1005
25、5 2540 85 ps Max 77 ps Max 6dB max 26dB min 10 ps MaxI. INTRODUCTIONTodays communication technology requires the transmission of higher and higher data rates. Currently, digital signal speeds on printed circuit boards are moving up to 5Gbps. System designers anticipate employing signal speeds of up
26、to 10Gbps in the next few years. This drives the need for enhanced hardware to cope with the signal integrity requirements of these systems. GB is investing in High Speed Hard Metric connectors and cable assembly to meet the future needs of its customers.Golden Bridge has a complete family of cables
27、 designed for HSHM communication cable.All incorporate our parallel pair 100 ohm skewclear technology to deliver the cleanest signal over maximum cable lengths. Inside the box cables are typically made with low cost cigarette wrap aluminum mylar shields and braid shield for cost effective high volum
28、e termination. All constructions are jacketed with Thermoplastic material jacketing for optimum cable flexibility and small diameter.II. TAKE A LOOK5Row * 5 1Row * 5III. SPECIFICATION IV. OUTLINE DRAWING1). Cable structure Conductor: 28AWG(1/0.32)X1P silver platedcopper wireInsulation: Foam polyolef
29、in OD=0.84mmShield: AL-mylar plus braid tinned copper wireJacket: Thermoplastic material gray 1.4x2.3mm.2). Connector specificationInsulator: PBT with 15% glass reinforced UL94V-0; Contact: phosphor bronze contacts gold plated 30u”, Ground shield: copper alloy.Contact insertion force: n x 0.75 N Max
30、; Contact separation force: 0.15 N Min.Contact current rating: 1Amp ; Contact resistance: 20 milliohms Max.Insulation resistance: 10000 Megaohms Max ; Operating temperature: -55C to +125C3). Electrical specificationAttenuation Differential CrosstalkTest parameterImpedance(Differential)Skew(ps/m) Vel
31、ocity 250MHz 622MHz 1.2GHz NEXT FEXTSpec 10010% 25 Max 78% 0.8dB/m 1.2dB/m 1.7dB/m Max 2.0% Max 0.7%4). Eye Pattern Analysis(differential mold) 800mV Data Input 3 meters HSLink (AWG28) 5 meters HSLink (AWG26)Frequency 250MHz 622MHz 1.2GHz 2.5GHz 2.5GHz 3.0GHzAmplitude 550 mV 529 mV 407 mV 280 mV 275
32、 mV 226 mVWidth 3.96ns 1.57ns 0.78ns 0.35ns 0.34ns 0.27ns1.Fibre channel應用1.FIBRE CHANNEL是一種通訊協議,可用光纜和銅纜進行聯接,銅纜多數用于以太綱,高速以太綱的數據通信.2.FIBRE CHANNEL產品主要用於幫助設計者不必涉足光學領域就能轉移到光媒體,媒體接口適配器(MIA)是一種可用於千位/秒的銅纜的有源適配器組件,它可跨越光纜的傳輸距離.3.如果設計者為 FIBRE CHANNEL CABLE优選一塊電路板,如果所要求的傳輸距離更長,那麼就加上一個適配器.這種方法使 FIBRE CHANNEL C
33、ABLE成本降至最低,適配器通過銅接口上的附加插針帶動,可將高帶寬輸入電信號轉換成用於光纖通信的調制光,接收部份的工作原理與此相反,這項技術雖是為數據通信服務的,但也可滿足標準電路的需要,因為它保證了銅媒體與光纖媒體之間的無縫轉移4.FIBRE CHANNEL 銅纜結構它們結構目前有22AWG (7/0.254)*2PAIR+填充24AWG (7/0.20)*2PAIR+PAB+填充26AWG (7/0.16)*2PAIR+PAB+填充28AWG (7/0.127)*2PAIR+PAB+填充30AWG(7/0.10)*2PAIR+PAB+填充5.FIBRE CHANNEL銅纜測試主要電氣特性A
34、ttenuation Eye pattern (1100 mV)Test parameterImpedance(Differential)Skew(ps/m)Crosstalk(1 GHz)Delay(ns/m) 531MHz 1.06MHz 1.56GHz Amplitude WidthSpec 1507 10 Max -45 dB 4.25 0.5dB/m 0.7 dB/m 1.7dB/m 400 mV 440 ps1. 主要電氣特性Attenuation (24AWG) Eye pattern (1000 mV)Test parameterImpedance(Differential)S
35、kew(ps/10m)Crosstalk(1.25 GHz)Delay(ns/m) 600MHz 1.2MHz 1.8GHz Amplitude WidthSpec 95155 120 Max 4% Max 4.25 0.44dB/m 0.64 dB/m 0.80dB/m 316 mV 0.75 UI2. ApplicationsServerSwitchesComputerStorage DevicesInternetworking Equipment 3. Products1X Infini-Band Cable (3.125Gbps)26AWG 0.5M 26AWG 1.0M26AWG 3.0M26AWG 5.0M4X Infini-Band Cable (10Gbps)26AWG 0.5M26AWG 1.0M26AWG 3.0M26AWG 5.0M12X Infini-Band Cable (30Gbps)26AWG 0.5M26AWG 1.0M26AWG 3.0M26AWG 5.0M4. Cable 結構.
