CN101499821A - 长距离40g qsfp通信有源铜缆组件的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，组件由两个电传输模块和一根长15米的高频通信铜缆组成，电传输模块包含供电单元、数字诊断和通信单元、信号发送单元、信号接收单元、38PIN接口单元，数字诊断和通信单元与信号发送单元、信号接收单元连接；供电单元提供工作电源；数字诊断和通信单元，与外部系统通信；信号发送单元，接收外部系统的信号、处理后发送给高频通信铜缆；信号接收单元，接收高频通信铜缆的信号、处理后传输到外部系统；38PIN接口单元，连接内部电传输模块和外部系统；高频通信铜缆，连接两个电传输模块。本发明克服铜缆的高频衰减特性，实现四对10G信号进行15米全双工传输，用于高性能计算和数据中心等场合。

Description

长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法

技术领域

本发明涉及一种长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着通信网络技术的发展，大容量、高速率的优势得到广泛的应用和普及，尤其是近年来宽带业务的急剧增大，对网络系统设备的容量和密集度提出了更高的要求。由于系统设备机械面板的面积有限，模块连接线的数量受到限制，在使用标准的SFP+接头，可以容纳的通道数受到物理空间的限制。

在国外很多公司都开始研发QSFP 40G通信有源铜缆组件，但其大多是短距离的，一般不超过10米，在更长距离由于铜缆的衰减而采用了光纤传输。

为了解决速率和空间的矛盾，急需设计一种长距离40G QSFP通信有源铜缆组件，能实现并行四路10G信号的全双工长距离传输，且具有数字诊断功能，可对链路进行监控。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种低成本、低功耗、小体积40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，满足高密度、小封装、高速率通信的需求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，特点是：所述通信有源铜缆组件由两个电传输模块和一根长15米的高频通信铜缆组成，所述电传输模块包含供电单元、数字诊断和通信单元、信号发送单元、信号接收单元、38PIN接口单元，

所述供电单元，从38PIN接口单元提取电源提供给数字诊断和通信单元、信号发送单元及信号接收单元；

所述数字诊断和通信单元，监控电传输模块的工作状态并接收外部系统信息，与外部系统I2C通信；

所述信号发送单元，从38PIN接口单元接收外部系统的信号，对信号放大、预加重处理发送给高频通信铜缆；

所述信号接收单元，接收高频通信铜缆的信号，并对信号数据恢复、均衡、去加重、放大，将信号通过38PIN接口单元传输到外部系统；

所述38PIN接口单元，连接内部电传输模块和外部系统；

所述高频通信铜缆，连接两个电传输模块，并行传输4对10G信号；

其中：所述数字诊断和通信单元与信号发送单元、信号接收单元连接，监控信号发送单元的状态。

进一步地，上述的长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，所述数字诊断和通信单元包含处理器、外部存储器、通信模块、开启或复位信号发送和接收单元电路，外部存储器存放与信号接收单元和信号发送单元的寄存器信息和对通讯链路进行监控的状态信息；通信模块输出I2C格式的信号与外部系统通信；处理器监控信号发送单元和信号接收单元的状态信息，并进行存储，与外部设备通信；开启或复位信号发送和接收单元电路，通过处理器控制信号发送单元和信号接收单元的状态。

更进一步地，上述的长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，所述信号发送单元和信号接收单元均由一个独立的具有四路高频差分信号的时钟和数据恢复芯片与外围电路组成。

再进一步地，上述的长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，所述38PIN接口单元为QSFP协议规定的38PIN金手指接口。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①本发明克服铜缆的高频衰减的特性，实现四对10G信号15米全双工传输；而一般传统的高频通信铜缆组件只能传输3～5米的距离，一旦超过5米，都采用光模块；

②两个电传输模块体积小，只比普通SFP+模块大30％，通信有源铜缆组件功耗非常低，小于1.2W；

③有源铜缆组件的所有电性能和通讯接口完全满足QSFP标准SFF-8436多源协议对QSFP铜缆的要求，可热插拔，电性能兼容SFP+的协议标准SFF-8431；

④由于用铜缆传输，相对于业界用的SFP+模块来说，省去了光发射组件和光接收组件，而光发射和接收组件成本占SFP+总成本的50％左右，从而大大节约成本；

⑤该40G QSFP有源通信铜缆组件具有体积小、可热插拔、功耗低、性能稳定、传输速率高等优点，其成本比四对10G SFP+模块要低得多，且传输距离较长；可广泛用于万兆以太网、Infiniband、数据中心、高性能计算及大容量存储等场合。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明通信有源铜缆组件的功能框图；

图2：本发明通信有源铜缆组件与外部系统的通信连接框图。

图中各附图标记的含义见下表：

 

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	供电单元	2	数字诊断和通信单元	3	信号发送单元

 

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						4	信号接收单元	5	38PIN接口单元	6	高频通信铜缆
7	通讯接口	8	外部系统连接器

具体实施方式

长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计，可降低系统功耗，节约成本，减小体积，实现铜缆15米传输，对于高速通信网络的发展具有重要意义。

如图1所示，长距离40G QSFP通信有源铜缆组件，由两个电传输模块和一根长15米的高频通信铜缆组成，电传输模块包含供电单元1、数字诊断和通信单元2、信号发送单元3、信号接收单元4、38PIN接口单元5，数字诊断和通信单元2与信号发送单元3、信号接收单元4连接，监控信号发送单元的状态。供电单元1，提供电接口模块内部芯片的电源以及电压监控，从38PIN接口单元5提取电源提供给数字诊断和通信单元2、信号发送单元3及信号接收单元4。数字诊断和通信单元2，用于监控链路的传输状态并与与外部系统进行通信，监控电传输模块的工作状态并接收外部系统信息，与外部系统I2C通信。信号发送单元3，从38PIN接口单元5接收外部系统的10G高频信号，对四路独立的差分信号对进行时钟同步和信号均衡放大，然后送往高频通信铜缆6。信号接收单元4，接收高频通信铜缆6的信号，经过模块进行信号去加重、时钟提取并同步、信号均衡放大，然后将信号通过38PIN接口单元5传输到外部系统。38PIN接口单元5，连接内部电传输模块和外部系统，为QSFP标准协议要求的通信接口方式。高频通信铜缆6，连接两个电传输模块，传输距离为15米，能对4组10G差分信号全双工传输。

具体设计时，供电单元1通过从38PIN接口单元获取发送信号端电源和接收信号端电源，通过电源管理电路，开启送往数字诊断和通信单元2、信号发送单元3、信号接收单元4的电源。

数字诊断和通信单元2包含一个运行速度很快的处理器、外部存储器、通信模块、开启或复位信号发送和接收单元电路，外部存储器用于存放监控状态信息；通信模块输出I2C格式的信号与外部系统通信；处理器用于对信号发送接收单元进行状态监控，并控制信号接收、发送单元的开启；并将链路传输的状态发送给外部主机，并从主机接收控制传输状态的指令；开启或复位信号发送和接收单元电路由电源复位芯片组成，对两个传输单元的状态进行复位和初始化，通过处理器控制信号发送单元和信号接收单元的状态。

信号发送单元3和信号接收单元4均采用了速率达40G，高效率、低功耗的时钟提取、数据去加重及均衡芯片，补偿信号在高频铜缆中的损耗；其实现的传输功能相当于4对SFP+光模块的电口传输功能，根据SFP+协议规定，每个SFP+的功耗小于1W，那么8个应小于8W，但在发明的模块其功耗为1.2W，远远小于8个SFP+的8W的要求。实现15米的长距离传输，在信号输入信号接收单元时，信号调整组件放大信号的上升沿以增大斜率，进行预加重时钟同步，以抵消在高频通信铜缆中信号传输的衰减；在信号接收端进行信号恢复，时钟同步，去加重、均衡放大以减少反射并补偿传输链路中的信号失真和衰减，以达到远距离传输的目的。

38PIN接口单元5为QSFP协议规定的38PIN金手指接口，处理器通过通信接口与外部控制器设备建立起通信链路，实现外部计算机或控制器的控制命令与内部电路芯片所能识别的指令格式之间的转换以及从外部设备接收要传输的四路全双工10G的差分信号。

高频通信铜缆6，用于进行链路传输，采用的是高频多线对铜缆，其差分阻抗严格控制在100Ω，且为低串音、低衰减、低时延，与传输电模块通过焊接连接。

本发明长距离40G QSFP通信有源铜缆组件，可用于万兆以太网、Infiniband、数据中心、高性能计算及大容量存储等场合。一般传统的高频通信铜缆组件只能传输3～5米的距离，一旦超过5米，都采用光模块，而本发明克服铜缆的高频衰减的特性，实现四对10G信号15米全双工传输。两个电传输模块体积小，只比普通SFP+模块大30％，通信有源铜缆组件功耗非常低，小于1.2W。有源铜缆组件的所有电性能和通讯接口完全能够满足2008年8月出版的QSFP标准SFF-8436多源协议(SFF-8436Specification for QSFP COPPER AND OPTICAL TRANSCERIVERS)对QSFP铜缆的要求，可热插拔，电性能兼容SFP+的协议标准SFF-8431。由于用铜缆传输，相对于业界用的SFP+模块来说，省去了光发射组件和光接收组件，而光发射和接收组件成本占SFP+总成本的50％左右，可大大节约成本。

本发明通信有源铜缆组件在通信设备中的应用如图2，为热可插拔的，通过铜缆两头的QSFP的金手指接口，直接与主机中的CONNECTOR连接；信号发送单元3、信号接收单元4、数字诊断和通信单元2和供电单元1均通过通讯接口7与外部系统连接器8相连接。即可传输主机发送的高频信号并可实现主机对传输链路中的状态进行监控。

本通信有源铜缆组件对四路独立差分10G信号发送和接收的主要电特性符合QSFP多源协议规定的要求，表1为QSFP协议与本发明高频信号性能对比列表。

表1

综上所述，采用了高效率低功耗的数据发送和恢复组件，实时数字诊断，高速的I2C通信，简洁的电路设计，使该QSFP40G有源通信铜缆组件具有体积小、可热插拔、功耗低、性能稳定，传输速率高等优点；与四对10G SFP+模块相比，更是节约了成本，且传输距离较长。

需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，其特征在于：所述通信有源铜缆组件由两个电传输模块和一根长15米的高频通信铜缆组成，所述电传输模块包含供电单元(1)、数字诊断和通信单元(2)、信号发送单元(3)、信号接收单元(4)、38PIN接口单元(5)，

所述供电单元(1)，从38PIN接口单元(5)提取电源提供给数字诊断和通信单元(2)、信号发送单元(3)及信号接收单元(4)；

所述数字诊断和通信单元(2)，监控电传输模块的工作状态并接收外部系统信息，与外部系统I2C通信；

所述信号发送单元(3)，从38PIN接口单元(5)接收外部系统的信号，对信号放大、预加重处理发送给高频通信铜缆(6)；

所述信号接收单元(4)，接收高频通信铜缆(6)的信号，并对信号数据恢复、均衡、去加重、放大，将信号通过38PIN接口单元(5)传输到外部系统；

所述38PIN接口单元(5)，连接内部电传输模块和外部系统；

所述高频通信铜缆(6)，连接两个电传输模块，并行传输4对10G信号；

其中：所述数字诊断和通信单元(2)与信号发送单元(3)、信号接收单元(4)连接，监控信号发送单元的状态。

2.根据权利要求1所述的长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，其特征在于：所述数字诊断和通信单元(2)包含处理器、外部存储器、通信模块、开启或复位信号发送和接收单元电路，外部存储器存放与信号接收单元和信号发送单元的寄存器信息和对通讯链路进行监控的状态信息；通信模块输出I2C格式的信号与外部系统通信；处理器监控信号发送单元和信号接收单元的状态信息，并进行存储，与外部设备通信；开启或复位信号发送和接收单元电路，通过处理器控制信号发送单元和信号接收单元的状态。

3.根据权利要求1所述的长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，其特征在于：所述信号发送单元(3)和信号接收单元(4)均由一个独立的具有四路高频差分信号的时钟和数据恢复芯片与外围电路组成。

4.根据权利要求1所述的长距离40G QSFP通信有源铜缆组件的设计方法，其特征在于：所述38PIN接口单元(5)为QSFP协议规定的38PIN金手指接口。

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