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                      深圳市鴻泰光纜有限公司
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                      解決方案

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                      光纜信息時代

                      技術人員一直樂觀預測,自20世紀90年代末以來,光纖將取代許多銅鏈路。但設計者一直試圖找到方法來擴展銅路徑的性能?,F在,我們可能已經到了光纖最終成為越來越多應用最實用解決方案的時候了。


                      利用銅導體的電氣互連自成立以來一直是行業支柱。銅具有優良的導電性,可鍛性,柔韌性,良好的導熱性,合理的成本,從而得到廣泛應用。銅可以很容易地被拉成連續的電線,并可用清漆、鐵氟龍、熱塑性塑料、或其它擠壓材料做絕緣。具有一定彈性的銅合金使連接器觸點設計能夠在較長使用壽命內具有足夠保持力。根據導體的直徑,功率和低電平信號等,觸點可以鍍多種金屬,最常見的是錫和金,防止腐蝕和降低接觸電阻。
                      多年來,可靠的終止技術,包括焊料、卷曲、線對板、順應針和壓縮式等,已經在大量產品中得到應用。高度自動化的波峰焊和回流焊接設備可以在幾秒鐘內在PCB上制造數千個永久連接。銅連接器可以在現場使用現成的工具終止。全球連接器行業已經發展了數千種銅連接器配置,包括微型、同軸、抗震、電源、軟殼、背板、堆疊、密封、PCB、電纜和扁平柔性線纜等。 這些都是期望銅在電子互聯世界中繼續占據主導地位的好理由。 然而,物理定律可能開始干擾這一期望。
                      隨著信號速度的繼續增加,銅鏈路開始表現出幾種弊端。 除了電路中簡單電阻引起的衰減外,諸如近端和遠端串擾、反射、傾斜和碼間干擾等因素也開始降低信號強度。在發射機上產生的方波可能在接收機上顯示為低電平起伏波。


                      信號失真程度隨信號的長度和速度而增加。 當數據速率在次千兆位范圍內時,這并不是電路設計者所關心的問題,但行業幾年前就超過了這個速度,現在的要求已經到了56GB/s(NRZ)。
                      這一問題短期和中期解決方案是改進PCB布局規則、升級PCB材料、優化連接器設計、先進信號調理以及最近采用PAM4信令。有源光纜已被用來增加銅USB、以太網、無限帶寬和顯示端口電纜組件的最大指定長度。在很大程度上,這些方案使系統工程師能夠在最先進的商業、工業、軍事和消費設備等上繼續使用傳統銅互連設計。
                      自20世紀90年代末以來,技術人員一直樂觀預測光纖將取代許多銅鏈路,但目前設計者能夠找到方法來發展銅路徑,滿足日益增長的性能需求。我們最終可能會達到這樣的地步,在越來越多應用中,光纖可以成為最實用的解決方案。
                      光信號提供了吸引人的屬性,包括:
                      1. 增加通道能力。
                      2. 極大增加了到達和信號完整性。
                      3. 低功耗/無熱量產生。
                      4. 減少延遲。
                      5. 抗EMI/RFI/ESD干擾以及安全性提高。
                      6. 減少線纜尺寸和重量,使系統包裝和面板密度增加。
                      市場廣泛采用光纖面臨多種問題,包括終止過程的難度、電光轉換過程的成本增加、光學界面易受污染以及玻璃纖維的脆弱性等。隨著先進光纖電纜、連接器和硅光子收發器的引入,許多問題已經得到解決。改進的光纖電纜更堅固,并能抵抗緊密彎曲半徑的損壞。最近引入的連接器具有擴展光束技術,減少了對界面污染的敏感性。獨特的空心芯光纖可減少信號延遲。
                      支持云計算和邊緣計算的基礎設施可能是第一個要求超越銅極限的領域。高速地鐵和高速數據中心之間的遠程連接經常通過光纖實現。提高現有光纖的光譜效率已成為努力提高光通道數據容量的重點。波分復用(WDM)已被證明是幾種有效的解決方案之一。 與其使用單一顏色的光,多個數據流可以同時通過同一光纖發送,并使用不同顏色的光。
                      目前正在使用幾種技術與傳統的C波段相比,C+略寬。充分利用C+波段,每根光纖最多可提供125個高速通道。相干傳輸將幅度和相位調制的四個層次與光的垂直和水平偏振相結合,最大限度地提高單個光纖的數據容量。


                      Samtec的FireFly™ Micro Flyover System™使用銅和光纜提供好的設計靈活性和簡化板設計,在更遠的距離上實現更高的數據速率(最高可達28GB/s)。



                      先進的光纖經久耐用,成為高速應用的可靠選擇。(圖片由康寧公司提供)
                      除了遠距離通道外,光纖鏈路目前正在更短的內部應用中使用。 隨著系統速度的增加,即使在高性能PCB層壓板材料中傳播信號也會產生更大的衰減和失真。將光學平面直接集成到多層PCB中的努力迄今尚未被證明是切實可行的。另一種解決方案是將電信號轉換為光脈沖,并通過離散或帶狀光纖將其傳輸到PCB表面。中板光學收發器可以安裝在靠近高速信號源的地方,減少了銅路徑造成的損失。這些光鏈路可以在高密度光纖連接器中終止,這些連接器有可能大大增加I/O面板上的信號密度。
                      這一轉變中最新步驟是開發共封裝光學,其中光學引擎或芯片位于與ASIC或開關相同的襯底上,將銅信號路徑降低到最小。


                      共封裝光學減少銅信號路徑,進而減少功耗和延遲。 (圖片由激光聚焦世界提供)
                      當數據速率和信號保真度面對傳統銅互連的極限壓力時,光學技術和產品引進的步伐正在加快。光纖鏈路正在從傳統遠程應用擴展到數據中心內相對較短的應用中,甚至在高速和信號完整性至關重要的盒子內。相干光信號大大提高了光通道的效率,同時新興的共包光學技術為更高數據速率和I/O面板密度提供了路線圖。
                      隨著互連技術的不斷發展,全面推進光纖傳輸的時代即將到來。

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