CN100440821C - 一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法，该方法如下：在发送单板及接收单板的背板处设置的LVDS串行器/解串行器，分别与发送单板和接收单板的TTL数据总线连接；将发送单板的TTL数据总线信号，由LVDS串行器根据TTL数据总线参考时钟压缩成少量的数据差分信号经发送单板的背板传输；在接收单板上将其背板输入的少量数据差分信号，经LVDS解串行器根据LVDS串行器参考时钟解压缩成TTL数据信号输入TTL总线。本发明减少了背板的走线数量和层数，降低了背板的成本。同时各单板间输入输出数据线的数量减少，使单板接插件的信号排列灵活。且背板上传输的数据差分信号有更强的EMI抗干扰性和信号的时序性。

Description

一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法

技术领域

本发明属于网络交换机、路由器类，尤其涉及网络交换机、路由器中背板的大容量高速控制。

背景技术

目前，随着通讯技术的发展，网络交换机、路由器等通讯系统变得越来越复杂，无论是其网络交换机、路由器中背板走线的数量，还是信号传输的速度都在大大增加。

对于大容量的网络交换机、路由器的复杂系统，背板信号大部分都是高速、成组的数据总线，常规方法是将数据总线信号由发送的单板上经总线驱动器(244/245)驱动，经背板传输后，再由接收单板经总线驱动器(244/245)驱动后输入TTL数据总线，(如图1所示)。

在常规网络交换机、路由器的复杂系统控制方法中，背板上走的是TTL信号，TTL信号抗干扰能力差，长距离传输对高速信号的信号质量及时序满足上都带来很多问题，因而很难满足系统的信号完整性要求，同时EMI电磁干扰也较大。

在网络交换机、路由器的复杂系统中，当大量数据线在同一时刻触发与切换时，系统中同步开关噪声问题十分突出。此外，在背板信号中大量信号线之间的走线必须考虑相互串扰问题。这就要求在PCB走线之间必须间隔一定的距离，且线间间隔距离不能平行太长，而且在接插件的信号排列上必须保证总线的信号不能被安排在相邻的插针上。同时为了减少信号的EMI，必须保证每个信号线的地、电源回路最小，这就要求在接插件信号排列上满足如下要求：

即信号线的周围必须有一定数量的地线包围。对大容量的系统而言，核心单板(如交换板)上的信号排列非常拥挤，加设地线包围必给核心的单板、背板的PCB设计，系统的SI、EMC设计等都带来了很大的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法，解决上述难题，以满足人们对通讯性能可靠、信号完整，大大减少背板走线，同时降低EMI干扰和提高背板高速、大容量的需要。

本发明的目的是这样实现的：一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法，包括下列步骤：

1，在发送单板的背板及接收单板的背板处设置有LVDS(Low VoltageDifferential Signaling，低压差分信号)串行器/解串行器，LVDS串行器/解串行器分别与发送单板和接收单板的TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑)数据总线连接；

2，将发送单板上一组TTL数据总线信号，由LVDS串行器根据TTL数据总线参考时钟压缩成少量的数据差分信号经发送单板的背板传输；

3，在接收单板上将其背板输入的少量数据差分信号，经LVDS解串行器根据LVDS串行器参考时钟解压缩成TTL数据总线信号输入TTL总线。

其中，所述的方法进一步还包括下列步骤：

4)将接收单板设置为主交换控制板和备交换控制板，并在主交换控制板和备交换控制板的背板处分别设置有LVDS串行器/解串行器；在发送单板的线卡背板处分别设置有与主交换控制板和备交换控制板的背板处的LVDS串行器/解串行器相配的LVDS串行器/解串行器；将主交换控制板和备交换控制板的背板处设置的LVDS串行器/解串行器与发送单板的线卡背板处的LVDS串行器/解串行器交叉连接；或，在接收单板为线卡以及发送单板为主交换控制板和备交换控制板时，在线卡内设置二选一的选通开关，并在线卡以及主交换控制板和备交换控制板设置相应的LVDS串行器/解串行器，以及将主交换控制板和备交换控制板的背板处设置的LVDS串行器/解串行器与接收单板的线卡背板处的LVDS串行器/解串行器交叉连接；

5)对于同一线卡内不同端口之间的包交换，在线卡内部完成TTL数据总线信号的交换；

6)对于不同线卡端口间的包交换，将主交换控制板和备交换控制板的背板处的LVDS解串行器和线卡上的LVDS串行器连接，主交换控制板和备交换控制板背板处的LVDS串行器和线卡上的LVDS解串行器连接，完成TTL数据总线信号的解压缩，其中，LVDS串行器根据TTL数据总线参考时钟将输入的TTL数据总线信号进行串行复用成若干对数据差分信号及一对时钟差分信号，LVDS解串行器依据LVDS串行器参考时钟将相应的数据差分信号解复用成TTL数据总线信号。

由于本发明采用了以上的技术方案，因而大大减少了背板的走线数量和层数，进而降低了背板的成本。同时可使各单板间输入数据线的数量大大减少，使单板接插件的信号排列比较宽余，有了更大的选择性与灵活性。而且，背板上传输的是差分信号，具有更强的抗干扰性，信号的时序容易实现，系统的SI更加容易满足。

附图说明

图1是现有技术的背板信号传输方法的示意图；

图2是本发明的一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法的信号传输示意图；

图3是图2的一种实现背板大容量高速压解缩方法中的多层网络交换机的背板走线结构示意图；

图4是图2的一种实现背板大容量高速压解缩方法中的多层网络交换机的线卡和交换板间数据传输的示意图；

图5是图2的一种实现背板大容量高速压解缩方法中的多层网络交换机的交换控制板接插件的信号排列示意图。

图中：

1，发送单板  2，接收单板  3，背板  4，驱动器A  5，驱动器B6，压缩器  7，解压缩器  8，主交换控制板  9，备交换控制板10，线卡A  11，线卡B  12，线卡N  13，串行器  14，解串行器15，多路开关  16，差分信口线对  17，地线  18，线卡

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下详述：

在图1中，现有大容量的网络交换机、路由器的系统中，背板3的信号大都由高速、成组的TTL数据总线输入的，常规方法是将TTL数据总线从发送单板1上经TTL总线和驱动器(244/245)A4驱动后，经背板3传输，在接收单板2上再经总线驱动器(244/245)B5驱动后输入TTL数据总线，由此完成网络交换机、路由器的信号传输过程。

在图2中，为了减少背板3的走线数量，同时提高数据传输的可靠性，本发明在发送单板1与背板3，及背板3与接收单板2处设置有LVDS串行器6和LVDS解串行器7，LVDS串行器6和LVDS解串行器7分别与发送单板1、接收单板2的TTL数据总线连接。

由此，本发明采用压缩的方法，即在发送单板1上把一组TTL数据总线信号根据其参考时钟压缩成少量的差分信号后由背板3传输，在接收单板2上再将差分信号根据其时钟解压缩成TTL数据总线信号。

在图3、图4中，为了实现大容量、高速信号传输的需要，本发明将接收单板2设置为主交换控制板8和备交换控制板9，并在主交换控制板8和备交换控制板9的背板3处分别设置有LVDS串行器13/解串行器14；在发送单板的线卡18的背板3处分别设置有与主交换控制板8和备交换控制板9的背板3处的LVDS串行器/解串行器相配的LVDS串行器13/解串行器14；主交换控制板8和备交换控制板9的背板3处设置的LVDS串行器13/解串行器14，与发送单板的线卡18的背板3处相配的LVDS串行器13/解串行器14交叉连接。

同样，对接收单板为线卡18，发送单板为主交换控制板8和备交换板9时，在线卡内设置二选一的选通开关，并设置相应LVDS串行器13/解串行器14，并交叉连接。

由此实现：同一线卡18内的不同端口之间的包交换，在线卡18的内部完成TTL数据总线信号的交换。不同线卡18的端口间的包交换，通过主交换控制板8和备交换控制板9的背板3处的LVDS串行器13/解串行器14及其参考时钟，与线卡18的背板3处的LVDS串行器13/解串行器14及其参考时钟交叉连接，完成TTL数据总线信号的解压缩。

多层网络交换机的背板3处走线结构，由线卡18(线卡18由线卡A10、线卡B11、……线卡N12组成)，及主交换控制板8和备交换控制板9构成，本发明为了保证高可靠性，交换控制板采用主交换控制板8和备交换控制板9式的双备份冗余设置，实现了不同线卡之间包的无阻塞交换，在于每个线卡和主交换控制板8及备交换控制板9之间，将背板3通过大量的高速数据线采用点到点方式相连。

图4实施例中的多层网络交换机系统由两块互为主备的主交换控制板8和备交换控制板9和八块线卡组成，每块线卡典型配置可设为32个100M以太网口。为了增加系统的交换和路由处理能力，采用了分布式处理方式，即在同一线卡不同端口之间的包交换在线卡18内部实现，不同线卡端口间的包交换通过背板3在主交换控制板8和备交换控制板9上完成。为了在总线速度较高情况下(接近100M)满足系统信号完整性、时序等指标的要求和可靠实现两块主交换控制板8和备交换控制板9冗余备份，线卡18与主交换控制板8和备交换控制板9之间的业务信号通过背板3采用点到点的连接方式。每组总线可设由16条信号线、1条控制线和1条时钟线组成。每块线卡到每块主交换控制板8和备交换控制板9之间的双向共计8组总线，所以每个交换控制板背板3共计有18＊8＊8＝1152条连接信号线，另外还有大量的管理控制信号、电源信号和信号与信号之间地线17的要求，若采用传统总线驱动器的驱动方法是无法实现如此大容量系统交换的。

为了减少背板3的走线数量，可采用LVDS串行器13/LVDS解串行器14对信号进行压缩来达到这个目的。LVDS串行器13能够将输入的TTL总线信号依据输入的参考时钟进行串行复用成若干对数据差分信号及一对时钟差分信号，而LVDS解串器14则能将相应的串行差分信号依据输入的差分时钟解复成TTL总线信号。主交换控制板8及备交换控制板9与各线卡间的信号传输方法如图4所示。图中，多路开关15可选用二比一的选择开关。

目前，压缩比例较高的LVDS串行/解串行器型号有21∶3和28∶4等，即可以将21条数据总线+1条时钟线(共22条)压缩成3对数据差分线+1对时钟差分线(共8条)或将28条数据总线+1条时钟线(共29条)压缩成4对数据差分线+1对时钟差分线(共10条)。在本发明中对每组总线都采用一对21∶3的LVDS串行器13/LVDS解串行器14件进行压缩，即将16条数据总线及1条控制线+1条时钟线(共18条)压缩成3对数据差分线+1对时钟差分线(共8条)。因而，在多层网络交换机的主交换控制板8和备交换控制板9，和线卡18中上、下背板3的业务信号采用这种方法处理后，通过主交换控制板8和备交换控制板9的上、下背板3业务信号线由1152条下降到512条。

在图5中，采用本发明后，可以将主交换控制板8和备交换控制板9与各线卡间业务数据线的数量大大减少，使交换控制板接插件的信号排列比较宽余，有更大的选择性与灵活性。以8+2的2mm接插件为例，交换控制板接插件上信号就可采用图5所示的排列。图中字母表示2mm接插件的列号，其中Z与I为两列屏蔽地，A～H为信号针列。数字表示排号，图中只列出了10排，以下各排的排列及相邻接插件排间的排列按图中的顺序类推。为了防止TTL信号与LVDS差分信号间的相互串扰，TTL信号与LVDS信号分在不同的接插件上或在接插件的不同部分可上、下排列。由图5可见，接插件管脚的利用率在50％左右，由此信号线数量减少了50％以上，相同的插针数目仍然可以满足信号排列的要求。

由于差分信号线对16的周围都有地线17的包围，可以显著减少信号传输过程中在PCB板上及在接插件上的串扰，保证了信号质量，提高了系统运行的稳定性。另外采用LVDS压缩后，系统的EMI大大降低，在多层网络交换机中成功实现了87G的背板交换容量(以TTL总线信号频率85Mhz计算)。因而本发明具有极大的通讯容量和高速交换，极好的EMI蔽屏效果，显著的经济和社会效益。

Claims (1)

1.一种实现背板大容量高速交换的压解缩方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

1)在发送单板的背板及接收单板的背板处设置有低压差分信号LVDS串行器/解串行器，将LVDS串行器/解串行器分别与发送单板和接收单板的晶体管-晶体管逻辑TTL数据总线连接；

2)将发送单板上一组TTL数据总线信号，由LVDS串行器根据TTL数据总线参考时钟压缩成少量的数据差分信号经发送单板的背板传输；

3)在接收单板上将其背板输入的少量数据差分信号，经LVDS解串行器根据LVDS串行器参考时钟解压缩成TTL数据总线信号输入TTL总线；

其中，所述的方法进一步还包括下列步骤：

4)将接收单板设置为主交换控制板和备交换控制板，并在主交换控制板和备交换控制板的背板处分别设置有LVDS串行器/解串行器；在发送单板的线卡背板处分别设置有与主交换控制板和备交换控制板的背板处的LVDS串行器/解串行器相配的LVDS串行器/解串行器；将主交换控制板和备交换控制板的背板处设置的LVDS串行器/解串行器与发送单板的线卡背板处的LVDS串行器/解串行器交叉连接；或，在接收单板为线卡以及发送单板为主交换控制板和备交换控制板时，在线卡内设置二选一的选通开关，并在线卡以及主交换控制板和备交换控制板设置相应的LVDS串行器/解串行器，以及将主交换控制板和备交换控制板的背板处设置的LVDS串行器/解串行器与接收单板的线卡背板处的LVDS串行器/解串行器交叉连接；

5)对于同一线卡内不同端口之间的包交换，在线卡内部完成TTL数据总线信号的交换；

6)对于不同线卡端口间的包交换，将主交换控制板和备交换控制板的背板处的LVDS解串行器和线卡上的LVDS串行器连接，主交换控制板和备交换控制板背板处的LVDS串行器和线卡上的LVDS解串行器连接，完成TTL数据总线信号的解压缩，其中，LVDS串行器根据TTL数据总线参考时钟将输入的TTL数据总线信号进行串行复用成若干对数据差分信号及一对时钟差分信号，LVDS解串行器依据LVDS串行器参考时钟将相应的数据差分信号解复用成TTL数据总线信号。

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