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结构化布线系统中的高频补偿技术
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High Frequency Compensation In Structural Cabling
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■Molex企业布线网络部
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在结构化布线系统中，传输介质是非屏蔽双绞线（UTP）电缆和RJ45连接硬件，这些介质具有100欧姆的阻抗。
数据传输受到传输线路限制，即阻抗、电容和电感。其中电容和电感在高频时的影响明显要高得多。
本文介绍了结构化布线系统怎样补偿电容和电感对数据传输的影响。
特点
1.阻抗
在电缆上的传输过程中，信号会由于电缆中的阻抗而逐渐衰减（参见图1）。
2.电容
UTP电缆的结构及信号通过UTP电缆传输的方式，在传输路径上有电容产生的现象（参见图2）。当信号状态发生变化时，它会耦合邻近区域中的平行信号，这叫作串扰。
3.电感
导线中的电流流动在导线周围产生了一个电磁场（参见图3）。状态变化（从"0"到"1"和从"1"到"0"）在导线中感生了电磁（EM）压力。
图4说明了传输线路的电容和电感对传输信息中一个比特的影响。这种源信号失真会随着频率的提高而明显提高。
补偿技术
1. UTP电缆
可以通过多种方式，来补偿UTP电缆与频率有关的特点，如控制导线长度、双绞、平衡传输的信号、保持导线和毗邻线对之间的隔离度、以及在导线上使用合格的绝缘介电材料。
平衡信号及同步化正向路径与返回路径之间的相位，可以产生可控叠加效应，使干扰辐射信号的净影响达到最小。双绞把导线的平行路径分割成一系列短线路，使电缆的天线效应以及导线对干扰辐射信号和杂散电磁场的敏感性达到最小。
2.连接硬件
UTP使用的抵消技术不能适用于连接硬件。有四种主要方法，可以在连接硬件上提供频率补偿功能。
● 双绞线（TWL）
● 引线框架（LF）
● 印刷电路板（PCB）
● 表面安装技术（SMT）
双绞线
平衡双绞线通过在相位同步信号上叠加干扰噪音，对串扰具有抵消效果。通过在IDC和RJ45插座螺帽之间交错四对电缆，也可以在连接器上产生同样的效果。在这种方式下，通过在连接器上产生相同或相反的效果，可以补偿给定电缆中每个线对之间的串扰特点。
这种方法在低频时非常成功，缺点是需手工完成,因而,设计的频率响应曲线在成品中并不是一直十分明显。
引线框架
引线框架RJ45插座结构是最流行的补偿方式。它把引脚从RJ45插座螺帽有效地延伸到IDC。这涉及到金属冲压和弯曲工艺。其设计与双绞线概念相类似，但它使用绞合引线代替了绞合导线。这些引线在传输的信号和相邻线对发出的干扰噪音上建立叠加效应。它使用高精度机器生成的绞合技术，确保实际性能与原始设计更加接近。这也是成本最低的RJ45插座制造方式。
但是，由于其物理特点，引线框架在扩展频率上具有许多性能局限。与插座螺帽一样，它采用磷铜制成。制造商只有在插座内部的战略位置上布放额外的元器件，解决特定线对之间的串扰，才能经济地改善其性能。但是，插座内部的空间已经非常紧缺。在开发下一代插口中，Molex企业布线网络部把引线框架与表面安装技术结合起来，制造出一个高精度连接器，在扩展频率上提供了卓越的性能特点。
印刷电路板
印刷电路板是连接硬件使用的最早的、最常见的频率补偿方法之一。它采用相同的概念，利用传输路径中固有的电容耦合，通过叠加相位相关信号来抵消噪音。印刷电路板磁道沿着一条特定路径、并根据UTP电缆已知的特点而设计，有效地消除了磁道之间的耦合。这些磁道的电容值以皮法（pF）表示。
印刷电路板不但具有高度可重复的特点，还可接受比引线框架更高的扩展频率。
人们把频率补偿使用的印刷电路板技术称为分布式补偿。电容耦合的特点使补偿在整个板内部进行。这可能导致消极的补偿效果，因为电容从串扰源（RJ45插座和插头）进一步移出。磁道还彼此紧紧对齐，产生了更高的串扰可能性，而不是更低的串扰可能性。如果电容值在板上的所有传输路径之间没有很好地匹配，那么可能产生线对间的电路阻抗不平衡问题。
在这些电路上应用更高的频率，对设计和制造工艺提出了更高的要求。在板内设计的电容值和公差对制造工艺非常敏感，其使用的分层和制造工艺（蚀刻、电镀和焊接掩蔽）都可能影响分布电容的数值和公差。
美国一家名叫Superior的公司已在几年前全面取得频率补偿使用的印刷电路板方法专利。所有采用这种方法制造RJ45插座的厂商都要向Superior支付专利权使用费。由于价格不断下跌，这种方法对厂商的吸引力越来越小。
表面安装技术
表面安装技术在RJ45连接器上为频率补偿提供了同样的精度和制造优势。它通过在电路特定位置上建立特定数值的电容，而可以更好地控制频率补偿。
具有特定电容值的不同元器件可以放在距串扰源很近的地方，从而便于平衡线对之间的电路阻抗。通常这些电容器的电容值要低于印刷电路板，并具有+/-
0.1pF左右的较低的公差。最终结果是制造出更加精密的产品，保持与设计性能标准更紧密的公差范围。
表面安装技术还保证了维持连接器电路中的临界阻抗水平。它不要求复杂的印刷电路板磁道，而具有不同长度和结构的复杂印刷电路板磁道可能会影响传输线路的阻抗。厂商可以制造出更加精密、更加可重复的产品，这些产品不仅比印刷电路板占用更少的空间，而且可以避免使用Superior的频率补偿专利。
采用这种方法的厂商发现，他们只需用优质射频传输级表面安装电容器，更换和重新布放其现有的商用表面安装电容器，即可以简单地过渡到扩展频率产品。这些电容器具有精度更高的电容值，使制造中的差异达
到最小，同时便于使性能非常接近于设计人员的频率反应曲线。
表面安装技术也在RJ45插座中采用印刷电路板技术。这种方法要求的磁道较少，可以在磁道之间实现较大的距离。由于电容耦合随着相邻电路的间隔提高而下降，因此进一步降低了串扰。
Molex企业布线网络部还采用表面安装技术，解决与短链路谐振效应有关的问题。在链路长度低于15米时，短链路谐振效应一般会使串扰量度失真。通过平衡电路板磁道，建立一条共模信号接地路径，消除了超额谐振。
连接器设计还考虑了延迟偏差。在4对UTP电缆中，每个线对的绞合率不同，以最大限度地减少串扰。结果，线对的实际长度也有所不同。千兆位以太网和622
Mbps ATM等采用平行传输方案的应用，会因同步传输信号在不同时间到达接收器，而导致失真或信号定时偏差。这在超高数据速率时成为一个关键因素，因为在超高数据速率时，数据的比特在长度上要以毫微秒计算。Molex企业布线网络部PowerCat连接器采用延迟均衡电路，保证链路延迟偏差低于标准中建议的45毫微秒。
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