CN101681698A - 具有串音缓解材料的通信通道 - Google Patents
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Abstract
通过使用串音缓解材料来降低通信通道中的外来串音。电通信电缆可设有围绕电缆中的双绞线的串音缓解材料。根据一个实施例,串音缓解材料是其上放置有导电区域的电阻性材料。此类材料缓解通常会导致通信通道之间的外来串音的电场和磁场的效应。
Description
发明领域
本发明一般涉及通信电缆,尤其涉及具有串音缓解材料层的通信电缆。
发明背景
包括多个双绞导线对的通信电缆是常见的,其中广泛使用的是4对电缆。在高速数据网络中,串音可能发生在通信电缆内以及附近的通信电缆之间。发生在电缆内的串音包括近端串音(NEXT)和远端串音(FEXT),而发生在电缆之间的外来串音包括外来近端串音(ANEXT)和外来远端串音(AFEXT)。抑制通信通道中的外来串音是重要的,因为外来串音会降低通信通道中的信噪比并增大通道的比特差错率。随着通信带宽增加,减小诸如通信电缆中的外来串音等噪声变得日益重要。
在高带宽通信应用中,通信电缆常常彼此依傍地安装,且会在毗邻或附近的通信电缆之间导致ANEXT和AFEXT。ANEXT和AFEXT在高于10MHz的频率上变得更成问题,并且高频上的ANEXT和AFEXT存在于诸如10G比特以太网信令等高速数据传输系统中。
外来串音包括以下各项:
1.由在耦合到另一条电缆中的另一双绞线的一条电缆中的双绞线中传播的差分信号产生的差模串音;
2.由在耦合到另一条电缆中的所有导线的一条电缆或外部源中传播的共模信号产生的共模串音。此耦合的共模信号随后可被转换成差模外来串音。该转换通常是因导线对失衡或连接硬件失衡造成的。
3.由在差分地或以共模方式耦合到另一条电缆中的导线的一条电缆中的两对双绞线之间传播的差分信号产生的差模串音。经由电缆中的两对双绞线传播的此差分信号也被称为“超对模式”,其可因为耦合到形成“超级”双绞线的导线对1-2和7-8的“劈分线对”(导线3和6)而在连接硬件中产生。
ANEXT和AFEXT是因不同电缆中的导线之间的电和磁耦合而产生的。双绞线系统中的ANEXT的幅度同电耦合的幅度与磁耦合的幅度之差成正比(在下式中,“C”是指耦合):
|ANEXT|=|C(电)-C(磁)|。
为了降低ANEXT,可降低电和磁耦合两者。例如,假定C(电)=Ce=0.25且C(磁)=Cm=0.15,则差异Cd=0.1。如果两个耦合都被减小了幅度的量级,则Ce=0.025且Cm=0.015,那么差异将为Cd=0.01。通过减小造成两个幅度中较大的一个的耦合也可减小ANEXT。例如,再次假定Ce=0.25且Cm=0.15,对应于Cd=0.1。如果Ce减小20%或Ce=0.2,则Cd将减小到Cd=0.05。
双绞线系统中的AFEXT通过确定电耦合与磁耦合之和来构建:
|AFEXT|=|C(电)+C(磁)|。
为了降低ANEXT,应减小电耦合和磁耦合中的任一个或这两者。
希望减小外来串音。尤其希望以解决造成外来串音的电和磁耦合的方式来达成此减小。
发明内容
提供了具有带离散导电区域的串音缓解材料层的改进型通信电缆。
根据本发明的一个实施例,包括4个双绞导线对的电缆核心被具有离散导电区域的串音缓解材料层围绕。
根据本发明的一些实施例,具有离散导电区域的串音缓解材料层包括其上放置有离散导电区域的半导体箔。
根据本发明的一些实施例,具有离散导电区域的串音缓解材料层包括其上放置有离散导电区域的高电阻性层。
根据本发明的一些实施例,串音缓解材料包括薄的电阻性金属层。
根据本发明的另一个实施例,串音缓解材料包括其上放置有离散导电区域的薄的电阻性金属层。
根据本发明的不同实施例,串音缓解材料被用于围绕:(a)整个电缆核心;(b)电缆内的每一对双绞线;或(c)电缆内双绞线的子集。根据本发明的一些实施例,串音缓解材料围绕以下两者:整个电缆核心、以及电缆内的每一对双绞线或电缆内双绞线的子集。
附图简述
图1是示出根据本发明的两条毗邻通信电缆的横截面视图;
图2是根据本发明一个实施例的具有离散导电区域的串音缓解材料的平面视图;
图3是根据本发明另一个实施例的具有离散导电区域的串音缓解材料的平面视图;
图4是根据本发明另一个实施例的串音缓解材料段的横截面侧视图;
图5是根据本发明一个实施例的串音缓解材料的立体视图;
图6是根据本发明一个实施例的串音缓解材料段的横截面侧视图;
图7是根据本发明另一个实施例的串音缓解材料段的横截面侧视图;
图8是具有保护层的串音缓解材料段的横截面侧视图;
图9是根据本发明另一个实施例的串音缓解材料段的横截面侧视图;
图10是示出根据本发明一个实施例的串音缓解材料组装件的图解。
例示实施例的详细描述
ANEXT和AFEXT可能源自于从一条电缆中的导线对至另一条电缆的失衡耦合或者源自于在电缆内被转换成差分信号的失衡耦合。
本发明涉及通过解决造成ANEXT和AFEXT的电磁交感来减小毗邻电缆之间的ANEXT和AFEXT的电缆构造。图1是根据本发明一个实施例的第一电缆10和第二电缆12的截面视图。第一电缆10具有4对双绞线14a、14b、14c和14d。第二电缆具有4对双绞线16a、16b、16c和16d。在所示实施例中,每条电缆的双绞线被十字交叉网18分隔开。将理解,在本发明的其他实施例中,可采用其他类型的分隔器或完全不采用分隔器。
每条电缆10和12中的双绞线包括电缆核心,并且被串音缓解材料层20围绕。串音缓解材料层20可被置于电缆封套(未示出)内部。根据本发明的串音缓解材料21的一个实施例在图2中示出。在图2的实施例中,串音缓解材料21包括其上覆盖有导电区域24的基底22。
根据本发明的一个实施例,基底22由诸如塑料等高电阻性材料制成,而导电区域24由高导电性材料制成。此材料组合主要减小了造成外来串音的磁耦合,且还较小程度地减小了电容性耦合。串音缓解材料21因为由双绞线的磁场B在导电区域24内形成的涡流26(如图2中所示)造成的削减而对磁耦合具有有益效果。导电区域24中使用的材料的导电率可决定磁耦合的减小程度。
可对导电区域使用各种各样的不同尺寸和形状来制成与图2中所示的串音缓解材料21类似的串音缓解材料。例如,根据本发明的一个实施例,导电区域可以是0.2英寸x0.3英寸的矩形,其中矩形之间有0.005英寸。根据本发明的其他实施例,导电区域可由不同形状制成,诸如规则或不规则多边形、其他不规则形状、闭曲线形状、由导电材料缝隙形成的隔离区域、和/或以上的组合。图3示出替换性串音缓解材料28,其中基底22上覆盖有六边形导电区域30。类似于串音缓解材料21,六边形导电区域30在被磁场B作用时产生涡流26。
在图2和3的实施例中,导电区域24和30的材料可选自金属范围,包括诸如铜、铝和银等金属。用于基底22以及用于根据其他实施例的其他基底的材料可以是塑料。根据一些实施例的塑料的示例包括聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、PVC(聚氯乙烯)、PTFE(聚三氟乙烯)、以及这些材料的泡沫变型。导电区域24和30的厚度的范围可从约0.2μm到约0.8μm。基底22的厚度的范围可从约0.5密耳(mil)到约15密耳。可基于特定实现的合需物理和电磁特性来选择导电区域24和基底22两者的其他厚度。根据一些实施例,导电区域24的材料和厚度可被选取成提供范围从约1mΩ/sq.到约10mΩ/sq.的片电阻(sheet resistance)。
在本发明的不同实施例中可使用其他类型的串音缓解材料。图4是包括介电层34和薄金属层36的串音缓解材料段32的横截面视图。类似于以上描述的串音缓解材料21,介电层可包括塑料。薄金属层36可包括诸如铝、铜、银、铬等金属或其他金属。根据一些实施例,薄金属层36的厚度在约1nm到约5nm之间。介电层34的厚度可在约1密耳到约15密耳之间,其中从约10密耳到15密耳的厚度在一些实施例中是有用的。可基于特定实现的合需物理和电磁特性来选择薄金属层36和介电层34两者的其他厚度。薄金属层36的材料和厚度可被选取成提供范围从约1kΩ/sq.到约20kΩ/sq.的片电阻。
电缆组装件的双绞线皆经由围绕每个电缆组装件的电阻性串音缓解材料磁性且电性(即电容性)地耦合到相邻电缆组装件。图1图解了使用电容性指示符来示出电容性耦合的串音缓解层20的电效应。现在将描述图1的实施例,其中层20是图4的串音缓解材料32。由于串音缓解材料32的片电阻较大,因此电缆之间的磁耦合将受到最小程度的影响。然而,电缆之间的电容性耦合将减小。此减小是由于电阻性材料32上的电荷累积造成的,而电荷累积归因于源自双绞线的电场。由于双绞线内传播的电磁波,此感应电荷沿电缆组装件的长度纵向分布。此感应电荷还根据沿串音缓解材料纵向发生的电荷差而沿电缆以及绕其周边移动。随着此感应电荷自身重新分布,其电荷密度减小,这减小了电缆10与12之间的电容性耦合。串音缓解材料32主要减小了电容性(或“电”)耦合,且还较小程度地减小了不同电缆中的双绞线之间的磁耦合。此外,串音缓解材料32增大了在包含“超级对”的电缆内传播的信号的衰减。
图5是根据本发明另一个实施例的串音缓解材料段40的立体视图。串音缓解材料40包括基底42、薄金属层44、以及导电区域46。基底42上覆盖有薄金属层44,并且导电区域46被置于薄金属层44顶上。如同根据本发明的串音缓解材料的其他实施例一样,串音缓解材料40被设计成包裹以下各项:(a)包括多对双绞线的电缆核心;(b)电缆核心内的一对或多对双绞线;或(c)电缆核心和该核心内的一对或更多对双绞线两者。根据一些实施例,导电区域46可包括选自诸如铝、铜和银等各种金属的金属。薄金属层44可包括选自诸如铝、铜、银、和铬等各种金属的金属。在其他实施例中,可为薄金属层44和导电区域46选择不同金属或金属组合。类似于以上图2和3的实施例,可按各种方式调整导电区域46的大小和形状以达成特定结构、电、和磁特性。
图6是串音缓解材料段40的横截面视图,示出了基底42、薄金属层44、和导电区域46。薄金属层44的厚度tm为约1nm到约5nm。导电区域46的总深度dc为约0.2μm到约0.8μm。
图7是串音缓解材料段50的横截面视图。串音缓解材料50的规范类似于图6的串音缓解材料40的那些规范,除了导电区域48具有圆角。
在本发明的一些实施例中,如果实现敷箔双绞线,且如果薄基底被用于串音缓解材料,则“基底-金属层-基底”构造应被用于串音缓解材料以保持串音缓解材料远离双绞线。如果实现敷箔双绞线,且如果较厚基底被用于串音缓解材料,则应使用“金属层-基底”构造,其中串音缓解材料的金属层比基底层更加远离双绞线。
图8是串音缓解材料52的横截面视图,其中保护涂层54被用于防止金属表面腐蚀或氧化。用于提供保护涂层54的技术可包括对顶表面镀锡或镀银,或者在金属的顶上放置塑料薄膜。
图9示出根据本发明另一个实施例的串音缓解材料56。图9的实施例的特征在于半导体基底58上放置有导电区域60。根据一个实施例,半导体基底58的片电阻可选自从约1kΩ/sq.到约20kΩ/sq.的范围。类似于本文中描述的其他实施例,导电区域60可按各种各样的大小和形状来设置。
图10示出用于制造替换性串音缓解材料60的工艺。串音缓解材料60包括第一和第二外基底层62和64、薄金属层66、以及导电区域68。导电区域的深度被示为dc′。在组装串音缓解材料60之前,薄金属层66位于第一外基底层62上,而导电区域68位于第二外基底层64上。这两个子组装件被如图所示地组合成串音缓解材料60。
根据本发明的不同实施例,串音缓解材料被用于围绕:(a)整个电缆核心;(b)电缆内的每一对双绞线;或(c)电缆内双绞线的子集。根据本发明的一些实施例,串音缓解材料围绕以下两者:整个电缆核心、以及电缆内的每一对双绞线或电缆内双绞线的子集。
虽然已图解和描述了本发明的特定实施例和应用,但是应理解本发明并不被限于本文中公开的确切构造和组成,并且各种修改、改变和变型从上面的描述可能变得明显而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (20)
1.一种通信电缆,包括:
多个双绞导线对;以及
围绕所述多个双绞导线对的串音缓解材料,所述串音缓解材料包括基底和覆盖在所述基底上的多个导电区域,所述导电区域彼此由间隙分隔开;
其中多个所述导电区域在所述通信电缆的周边方向上彼此被所述间隙分隔开。
2.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域是矩形。
3.如权利要求2所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域是其尺寸约为0.2英寸x约0.3英寸的矩形。
4.如权利要求3所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域彼此由宽度为约0.005英寸的间隙分隔开。
5.如权利要求2所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域具有圆角。
6.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域是六边形。
7.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域的厚度在约0.2μm和约0.8μm之间。
8.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,还包括保护所述导电区域的保护涂层。
9.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,所述基底是介电材料。
10.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,所述基底是半导体。
11.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,还包括围绕所述双绞导线对中的每一对的附加串音缓解材料,所述附加串音缓解材料包括附加基底和置于其上的附加导电区域。
12.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,还包括围绕所述双绞导线对的子集的附加串音缓解材料,所述附加串音缓解材料包括附加基底和置于其上的附加导电区域。
13.一种通信电缆,包括:
多个双绞导线对;以及
围绕所述多个双绞导线对中的每一对的串音缓解材料,所述串音缓解材料中的每一者包括基底和覆盖在所述基底上的多个导电区域,所述导电区域彼此由间隙分隔开;
其中多个所述导电区域被间断地布置在所述双绞导线对周围,并且彼此由间隙分隔开。
14.如权利要求13所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域是矩形。
15.如权利要求14所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域具有圆角。
16.如权利要求13所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域是六边形。
17.如权利要求13所述的通信电缆,其特征在于,所述导电区域的厚度在约0.2μm和约0.8μm之间。
18.如权利要求13所述的通信电缆,其特征在于,还包括保护所述导电区域的保护涂层。
19.如权利要求13所述的通信电缆,其特征在于,所述基底是介电材料。
20.如权利要求1所述的通信电缆,其特征在于,所述基底是半导体。
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