中心議題

• 為高速數據傳輸應用指定連接方式時，電器工程師需要考慮的因素
• 技術并非越新越好，還要考慮它的實用性
• 10GbE應用要求設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用廣泛
• 設計人員可通過查看插入損耗、電纜長度、抗撓壽命規格作為選擇的出發點

世界上的無線應用越來越多，具有諷刺意味的是，在高速環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的高級系統工程師說：“無線方式是競爭對手，但是從習慣上而言，讓用戶進行轉換可能很難”。人們擔心無線通信會很容易受到其他無線通信的干擾。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肩負著前所未有的壓力。那么，在為高速數據傳輸應用指定連接方式時，電氣工程師究竟應該了解和考慮那些因素呢？我曾經就這個問題詢問過一些具有各種背景的業內專業人士。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
光纜對電纜的挑戰由來已久。雖然光纖光纜在性能上有明確的優勢，而且通常被認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。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經理Emad Soubh覺得，只要配置得當，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，直到最后某項技術勝出，但目前我看不到發生這種情況的跡象。”但是Wontrop 相信光纖具有明確的優勢，而這種優勢決定了它將主宰市場。Wontrop說：“電纜連接將繼續存在，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推薦設計人員通過查看插入損耗、電纜長度以及抗撓壽命規格作為選擇的出發點。

纜線類型
盡管銅線電纜和光纜構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題。正如Wontrop所說：“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
越來越多的即將面世的產品都是專門為10GbE應用設計的，它們極度依賴于用于傳輸數據信號的電線和電纜。Soubh深信這種壓力給電纜制造商造成了很大的壓力，制造商現在必須對整個系統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：“大部分工業應用還不需要它，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，設計人員必須準備好解決高速應用和環境中可能突然出現的不可避免的問題。Wontrop提到了設計人員在設計高速電纜時所關心的一些問題，其中包括長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受住目標環境，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。中心導線通常是由鍍銀銅線或錫銅材料所制成。

應用
毫無疑問，許多應用使用或者需要使用高速纜線。封裝、印染加工、半導體以及電子產業都依賴于高速的連接，Wontrop如是說：“通信速率超過10MHz的高速連接正在應用到所有的工業應用中。”

測試
纜線制造商會在許多不同的可變因素和環境下對自己的產品進行測試。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。應該使用現有的測量方法來確保這個過程可以生產出穩定的/一致的產品。