数据中心的电磁干扰和10GBASE-T2020欧洲杯预赛

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多数的2020欧洲杯预赛LAN链接使用1000Base-T(千兆以太网)在未屏蔽的扭曲对结构电缆(CAT5E,CAT6,CAT6A)上运行。在增加带宽的同时,转向10g以太网,由于今天部署的10G链接是基于光学收发器或SFP+ Direct附加铜的事实,这种迁移正在放缓,这两个链接都不是千兆以太网的向后兼容。

快速技术的进步正在降低基于扭曲的基于扭曲的10GBASE-T的价格和力量,不可避免地会有从Gigabit Ethernet迅速转变为10GBASE-T

分析:超过10克以太网?

虽然10GBASE-T类似于Gigabit以太网 - 两者都使用RJ45连接器,但具有扭曲对配接线和100米最大跨度的结构化布线部署模型,以及802.3基于14条的基于14条的自动连接 - 也出现了向后兼容性 - 它也出现由于数据速率高10倍,面临一些独特的挑战。

提供10倍速率需要更高的符号率,每个符号的更多位以及PHY芯片中更高绩效和较高复杂性的正向误差校正方案的使用。这些要求转化为增加的复杂性,这导致了第一代10GBASE-T芯片的高功耗。

这一直是采用的障碍,但是设计创新和半导体过程的进步的结合导致了10GBASE-T芯片,现在比最有效的千兆以太网芯片以低功率运行。

但是,从外部场上,较高的符号速率和10GBASE-T所需的信号水平增加也增加了潜在的电磁(EM)干扰或EMI的脆弱性。本文解释了原因,还讨论了处理EMI脆弱性增加的技术。

关键差异

10GBASE-T使用四对平衡电缆,因此增加10倍的速率提高来自两个原因:符号率提高到800msymbols/sec(从千兆位以太网中的125msymbols/sec),数量增加)和数量增加每个符号的位至3.25位/符号(千兆以太网中的2位/符号,1.6倍)。

6.4倍的符号率增加会导致10GBASE-T发射信号频谱延伸到400MHz以上,因此接收器必须允许输入带宽接近500MHz。千兆以太网接收器的带宽为75MHz。

所需的接收器带宽的增加是增加了外部干扰脆弱性的窗口。千兆以太网接收器可以轻松地在75MHz以上的频率下滤除干扰信号,但是10GBASE-T接收器不能这样做,因为切断以上75MHz以上的过滤器会杀死所需的10GBASE-T的很大一部分。

在基本-T链路中,外部字段在扭曲的对线上创建一个共同的模式信号。大部分信号被扼流圈和内置在每个基本T以太网端口中的变压器所衰减。但是,由于电缆中差分对的两个路径之间的不平衡以及信号路径中的连接器和磁性组件,因此其中一些被转换为差异信号。

组件中的共同差异转换趋向于随频率增加而增加,因此10GBASE-T接收器的漏洞较高频率范围对信号路径中所有组件的平衡要求更为严格。

每个符号的位增加需要增加信号传导水平的数量。由于千兆以太网和10GBASE-T之间的峰发射电压大致相同,并且在10GBASE-T使用的较高频率下,链路衰减较高,因此10GBASE-T接收器中的最小信号级别间距较低。100米连接中接收水平之间的最小间距约为5MV(千兆以太网的等效数约为80mV)。

外部EM干扰信号,将偶联与电缆通用模式偶联并转换为幅度大于3MV的差异信号将在100米10GBASE-T链路上引起错误。

可以产生这种干扰级别的EM字段吗?CISPR-24标准(由COMITé国际Spécialdes扰动射线雷管定义)呼吁以3V/m和Gr1089(Belcore)(BELCORE)(BELCORE)呼吁进行测试,以8.5V/m的野外强度进行测试。使用CAT5和CAT6在8.5V/m em场中使用CAT5和CAT6的扭曲对电缆的测量表明,差速器拾音器可以轻松达到60mV,从而超过100米10GBASE-T链路的接收器的电压窗口。那么什么解决方案?

提高对EMI的免疫力

关于改善EMI免疫力的任何讨论都必须考虑屏蔽。屏蔽电缆会减少在接收器上显示的EMI信号,我们已经看到,使用筛选的CAT6可以将差异拾音器降低10倍。

双屏蔽,如CAT7中(每个扭曲的一对周围有一个单独的盾牌,整个电缆周围的另一个盾牌)可以提供差异拾音器的更大减少。筛选/屏蔽为EMI免疫提供了明显的好处,几家布线制造商建议将筛选或屏蔽电缆用于10GBASE-T。

为了使屏蔽有效,必须屏蔽链路中的每个组件(补丁线,连接器,补丁面板和水平链接段),并且每个组件的屏蔽层都必须完全绑在一起 - 不仅是在一个点上连接的。保持盾牌的完整性并不容易,这与成本原因一起限制了屏蔽/屏蔽的电缆,将使用的数据中心链接的总数很小。2020欧洲杯预赛

在没有足够的屏蔽或继续使用UTP电缆的情况下,如何改善EMI免疫力?一个基本步骤是保持差分信号线(以及路径中的任何组件)均衡平衡,以便将通用模式转换为差分转换。除此之外,我们必须依靠信号处理技术来自适应地识别和删除干扰信号。

用于处理外部EMI的自适应干扰取消需要三个关键步骤:检测干扰物,识别它然后将其删除。

检测可以基于对每个接收器可用的差分信号的分析。该检测必须在另一侧从发射器发送的所需信号的存在下进行操作,从而需要复杂的信号处理。应用于接收的差异信号的傅立叶变换可以揭示一个干扰物,否则该干扰物的电压水平低于发射器信号的电压水平。

可以在公共模式信号上以更高的置信度检测到EMI信号,但是在基本T以太网链路中用于隔离的变压器对于公共模式信号没有接收器。较新的10GBASE-T解决方案提供了专用于公共模式信号的接收器。

该接收器需要额外的变压器超出传统磁化功能,但可以大大提高EMI检测的可靠性。来自PLX技术等供应商的10GBASE-T PHYS都可以为两种操作模式配置,从而使系统制造商可以根据稳健性与成本进行自己的权衡。

一旦检测到EMI信号,就必须识别其频率和幅度。有了专用的片上硬件以识别,这可以在10msec或更少的时间内完成。EMI检测和识别是10GBASE-T产品供应商之间性能大量扩散的领域。

一旦检测到EMI信号并鉴定出来,就可以使用自适应过滤器将其滤除。该过滤器本身会导致所需信号的失真,并且必须补偿这种失真。可以使用10GBASE-T标准的“快速再培训”功能实现补偿,其中一组新的DFE反馈系数将从接收器发送到发射器。补偿还可以使用附加的自适应过滤器在接收方上本地实施。

在数据中心中采用10G以太网对扭曲的电缆有挑战。2020欧洲杯预赛在最初关注高功耗的关注之后,对EMI敏感性产生了新的担忧。幸运的是,最新一代的10GBASE-T PHYS采用高级制造工艺和设计创新,正在提供显着改善的EMI免疫力,现在是低成本的10G连接解决方​​案,而没有SFP+ Direct Direct附件的严重覆盖范围。

PLX Technology Inc.是总部位于加利福尼亚州桑尼维尔的基于半导体的企业和消费市场的连接解决方​​案提供商。PLX开发了富含软件的硅,可实现产品差异化,可靠的互操作性和出色的性能。

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