信息模块的设计相关问题探讨
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摘要：互联网的快速发展，对网络速度和网路性能提出了很高的要求，目前市场上较为普遍的是五类和超五类信息模块，但是六类和七类信息模块是未来网络发展的趋势。所以，本文在论述信息模块的重要性的前提下，阐述了综合布线技术的基本种类，并进一步分析了六类信息模块和七类信息模块中的一些相关问题，希望可以对信息模块的设计问题的认识起到一定的帮助作用。
关键词：信息模块；设计；六类；七类
现今互联网用户对于视频和音频信息需求的提高客观上促进了以太网的传输速率迅速提高，高频效应(回波损耗，串扰等)在整个传输链路上己经体现的非常明显。信息模块作为以太网中使用的连接器，极大地影响整个链路的性能。本文着重对以太网传输频率最高的六类和七类信息模块的相关问题进行研究，主要从信息模块的重要性、综合布线技术以及六类和七类信息模块的线路板、互容补偿板、接触区簧片等方面的问题进行分析和论述。
一、信息模块的重要性
信息数据模块的作用是在布线系统和跳线之间提供可靠连接，并在20年内(或更长)内保证电气特性的稳定。尽管连接器很重要，但布线行业对于模块、连接头等连接器产品的重视程度不如线缆。可以说在整个布线系统元件中，连接器虽小却是结构最复杂的硬件。应用者普遍对系统的性能余量、线缆的性能余量标准比较了解，却很少知道模块等连接器也必须达到相应的标准，对于信息模块的设计方法更知之甚少。而实际上，以太网采用8条/4对线进行差动传输，即一对双绞线传输相位相差180度的信号。双绞线中双绞形式使得线对之间和对外界电磁场的抗干扰性能有了很大的提高，而在信息模块处，线对的双绞被打开，8条线成平行状态，使得抗干扰性能大大降低，不仅4个线对相互之间发生串扰，外部干扰也很容易进入链路;而且连接器改变了链路本身的传输特性，造成信号衰减等一系列问题。由此易见，信息模块成为了整个链路最薄弱的环节，其性能是整个链路性能的瓶颈。从设计角度来说，厂商应给予足够的重视。
二、综合布线技术概述
综合布线技术的兴起与发展，以计算机技术和通信技术发展为基础。理想的布线系统表现为:支持语音应用、数据传输、影像影视，而且最终能支持综合型的应用。由于综合型的语音和数据传输的网络布线系统选用的线材、传输介质是多样的(屏蔽、非屏蔽双绞线、光缆等)，可根据实际需要选择布线结构和线材。
布线系统依照传输特性可由数据传输速率和频率带宽来表征，数据传输速率单位Mbps，衡量单位时间内线路传输的二进制位的数量;频率带宽单位MHz，衡量单位时间内线路中电信号的震荡次数。据此可将布线系统划分为以下几类:.
一类CAT-1:频率带宽是750KHz，用于报警系统，或只适用于语音系统。
二类CAT-2:频率带宽是1MHz，主要用于语音系统。
三类cAT-3:频率带宽16MHz，最高传输速率为10Mbps，在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的，主要应用于语音、10Mbps的以太网和4Mbp令牌环，最大网段长为100m，采用RJ45形式的连接器，目前已淡出市场。
四类CAT-4:频率带宽为20MHz，最高数据传输速率为20Mbps，主要应用于语音、l0Mbps的以太网和16Mbps令牌环，最大网段长为l00m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。
五类CAT-5:频率带宽为100MHz，最高传输速率为100Mbps，主要应用于语音、l00MbPs的快速以太网，最大网段长为100m，采用RJ45形式的连接器。
超五类CAT-5E:为五类增强产品，频率带宽为155MHz，4对双绞线全用时最高传输速率可达1000Mbps。
六类CAT-6:频率带宽为250MHz，目前正逐步进入市场取代超五类成为千兆以太网的主流产品。六类改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为:永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。
七类CAT-7:频率带宽为600MHz，目前未被大规模使用，应用于万兆以太网，代表了布线系统的发展方向。
三、六类信息模块有关问题
现今，六类标准正逐步取代了超五类标准成为千兆以太网的首选，六类产品的市场也逐步扩大，成为各布线产品厂家争夺的焦点。六类模块需要解决回波损耗，近端串扰及远端串扰等问题，是六类布线产品中技术含量最高的部分，其核心技术一定是厂家的重要机密。六类模块的核心部件是线路板，其结构基本上决定了产品的性能指标，设计者应对此给予足够的重视
1.线路板走线差分对
以太网链路传输介质为双绞线，传输的差分信号路经连接器时经过模块的PCB走线进行传输，若连接器处与双绞线阻抗不匹配，就会产生信号反射，导致信号失真和能量衰减，所以信息模块的PCB走线必须保证与线路的阻抗一致。基于造价及布线空间考虑，本例选择双层板以微带线作为传输介质，由于FR4环氧树脂板的厚度固定 (1.2mm)，导体厚度固定(35μm)，差分对应用保角变换法进行设计，结构如图所示。
2.互容补偿板
根据 IEC60603标准，水晶头中双绞线的开绞长度约为13mm，邻近的线之间有很高的祸合，会产生明显的串扰，而水晶头与信息模块连接后，串扰信号通过信息模块并进入到以太网链路中，则在信息模块处要对该串扰进行消除，可以通过在信息模块接触区后嵌入PCB板来附加补偿电容的方法加以抑制。
四、七类信息模块有关问题
七类标准的提出，使得以太网传输速率再创新高，成为铜缆传输未来的发展方向，其单线对带宽从六类的250MHz扩大为600MHz，使得布线产品面临又一次新的挑战，而作为最能影响链路性能的连接器部分所面临的问题还要大得多，要求信息模块在设计上要更为细致。目前，七类布线产品尚未投放市场，其主要设计技术还掌握在少数国外厂商手中，是布线产品新一轮竞争的焦点。
1.插入损耗、回波损耗优化
低插入损耗、高回波损耗是连接器设计中追求的目标之一。影响该目标的两个方面:插头插座的接触状况;信号传输路径阻抗匹配状况。
2.接触区簧片改进
插头与插座的良好接触是能够减小接触电阻，是优化直流电阻参数的基本保证。另外，接触不良也易引起信号在接触界面产生反射，从而使插入损耗等参数恶化，所以有必要在簧片的设计上进行优化，使连接器接触可靠。根据电接触理论有关系，接触电阻二收缩电阻+膜层电阻，其中膜层电阻与膜层材料及表面氧化膜厚度有关;收缩电阻与接触压力有关，以铜接触表面为例分析收缩电阻与接触压力的关系。当接触压力增加时，两接触表面相互移近，接触斑点数随之增加，从而使真实的接触面积增加，而平均接触面积保持不变时，使收缩电阻降低，一些接触斑点的变形从弹性变形变成塑性变形，而使接触表面发生永久变平，从而使收缩电阻减少，故在一定范围内增大接触压力可使得接触电阻减小。随着以太网传输频率的提高以及新传输标准的提出，对信息模块要求的提高也促使对IU45插头的改进，新型RJ45插头有了屏蔽和抗干扰的功能，其线对之间的互容已经大大减小，此时七类模块若仍按六类模块的补偿方法进行设计会在应用六类及其以下水晶头时引起过补偿，则需要在考虑互容补偿后，依照传输频率的改变考虑互容补偿的兼容性问题。
网络速度的发展必然要求信息模块设计技术的进步，我国信息模块技术的设计水平在未来网络的继续发展中将会越来越高，但技术的进步不是平坦的，需要根据客观情况，综合把握，不但在硬件上而且在软件上都要重视，才能让我国的信息技术更好的发展。
参考文献：
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