CN111641090B - 有源1：n分支电缆 - Google Patents

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Abstract

因此，这里公开了有源电缆和方法，其实现在不同代的网络接口端口或支持不同标准的端口之间的直接连接。一个说明性实施例是有源1：N分支电缆，其包括通过电导体连接到多个分割端连接器中每一个的一元端连接器。一元端连接器适于装配到一级主机设备的网络接口端口，以提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到一级主机设备，该输入PAM4电信号传送来自一级主机设备的多通道入站数据流。分割端连接器中的每一个适于装配到二级主机设备的网络接口端口，以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，该输出NRZ电信号将入站数据流的分割部分传送到该二级主机设备，该输入NRZ电信号传送来自该二级主机设备的出站数据流的分割部分。

Description

有源1：N分支电缆
背景技术
电气和电子工程师协会(IEEE)标准协会出版了以太网IEEE标准IEEE Std 802.3-2015，这对于本申请所属领域的普通技术人员将而言是熟悉的。该以太网标准为通过同轴电缆、双轴电缆、双绞线电缆、光纤光缆和电子背板以各种信道信号星座提供1Mbps至100Gbps的选定速度的局域网(LAN)操作的通用介质访问控制规范。随着对更高数据速率的持续需求，正在扩展该标准。即使均衡器被迫以更快的码元速率操作，对标准的这种扩展也必须考虑增加的信道衰减和色散。然而，随着标准的扩展，它可能无法与当前一代直接互操作。例如，没有办法将当前的100Gbps以太网端口直接耦合到提出的下一代400Gbps以太网端口。
发明内容
因此，这里公开了有源电缆和方法，其实现在不同代的网络接口端口或支持不同标准的端口之间的直接连接。一个说明性实施例是有源1：N分支电缆，其包括通过电导体连接到多个分割端连接器中每一个的一元端连接器。一元端连接器适于装配到一级(primary)主机设备的网络接口端口，以提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到一级主机设备，该输入PAM4电信号传送来自一级主机设备的多通道入站数据流。分割端连接器中的每一个适于装配到二级(secondary)主机设备的网络接口端口，以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，该输出NRZ电信号将入站数据流的分割部分传送到该二级主机设备，该输入NRZ电信号传送来自该二级主机设备的出站数据流的分割部分。
另一个说明性实施例是一种电缆制造方法，包括：将收发器封装到一元端连接器中，该一元端连接器适于与一级主机设备的网络接口端口配合；并且利用电导体将多个分割端连接器中的每一个连接到一元端连接器。分割端连接器中的每一个适于与二级主机设备的网络接口端口配合，以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，该输出NRZ电信号将多通道入站数据流的分割部分传送到该二级主机设备，该输入NRZ电信号传送来自该二级主机设备的多通道出站数据流的分割部分。收发器被配置为提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将出站数据流传送到一级主机设备，该输入PAM4电信号传送来自一级主机设备的入站数据流。收发器进一步被配置为对输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流作为发散传输信号，该发散传输信号经由电导体将入站数据流的分割部分传输到分割端连接器，并且收发器被配置成对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制出站数据流作为所述输出PAM4电信号。
又一说明性实施例是一种电缆制造方法，包括：将收发器封装到适于与二级主机设备的网络接口端口配合的多个分割端连接器中的每一个；并经由电导体将分割端连接器中的每一个连接到一元端连接器。一元端连接器适于与一级主机设备的网络接口端口配合，以提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到一级主机设备，该输入PAM4电信号传送来自一级主机设备的多通道入站数据流。分割端连接器中的收发器中的每一个被配置为提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，该输出NRZ电信号将入站数据流的分割部分传送到该二级主机设备，该输入NRZ电信号传送来自该二级主机设备出站数据流的分割部分。每个分割端连接器中的收发器进一步被配置为对输入NRZ电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制出站数据流的分割部分作为收敛传输信号，该收敛传输信号经由电导体将出站数据流的分割部分传输到一元端连接器，并且每个分割端连接器中的收发器被配置为对发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流的分割部分作为输出NRZ电信号。
又一说明性实施例是有源1：N分支电缆，其包括通过电导体连接到N个分割端连接器中的每一个的一元端连接器，N是大于1的整数。一元端连接器适于装配到一级主机设备的网络接口端口以提供第一输出电信号并接受第一输入电信号，该第一输出电信号以第一码元速率将多通道出站数据流传送到一级主机设备，该第一输入电信号以第一码元速率传送来自一级主机设备的多通道入站数据流。分割端连接器中的每一个适于装配到二级主机设备的网络接口端口以提供第二输出电信号并接受第二输入电信号，该第二输出电信号以第二码元速率将入站数据流的分割部分传送到第二主机设备，该第二输入电信号以第二码元速率传送来自该第二主机设备的出站数据流的分割部分，第二码元速率是第一码元速率的一半。
又一说明性实施例是一种电缆制造方法，包括：将收发器封装到一元端连接器中，该一元端连接器适于与一级主机设备的网络接口端口配合；并且利用电导体将N个分割端连接器中的每一个连接到一元端连接器，其中N是大于1的整数。分割端连接器中的每一个适于与二级主机设备的网络接口端口配合，以提供第二输出电信号并接受第二输入电信号，该第二输出电信号以第二码元速率将入站数据流的分割部分传送到该二级主机设备，该第二输入电信号以第二码元速率传送来自该二级主机设备的出站数据流的分割部分。收发器被配置为提供第一输出电信号并接收第一输入电信号，该第一输出电信号以第一码元速率将多通道出站数据流传送到一级主机设备，该第一输入电信号以第一码元速率传送来自一级主机设备的多通道入站数据流，第一码元速率是第二码元速率的两倍。收发器进一步被配置为对第一输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流作为发散传输信号，该发散传输信号经由电导体将入站数据流的分割部分传输到分割端连接器，并且收发器被配置成对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制出站数据流作为所述第一输出电信号。
又一说明性实施例是一种电缆制造方法，包括：将收发器封装到适于与二级主机设备的网络接口端口配合的N个分割端连接器中的每一个，其中N是大于1的整数；并经由电导体将分割端连接器中的每一个连接到一元端连接器。一元端连接器适于与一级主机设备的网络接口端口配合以提供一元端输出电信号并接受一元端输入电信号，该一元端输出电信号以第一码元速率将出站数据流传送到一级主机设备，该一元端输入电信号以第一码元速率传送来自一级主机设备的入站数据流。分割连接器中的收发器中的每一个被配置为提供分割端输出电信号并接受分割端输入电信号，该分割端输出电信号以第二码元速率将多通道入站数据流的分割部分传送到该二级主机设备，该第二码元速率是第一码元速率的一半，该分割端输入电信号以第二码元速率传送来自该二级主机设备的多通道出站数据流的分割部分。收发器中的每一个进一步被配置为对分割端输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制出站数据流的分割部分作为收敛传输信号，该收敛传输信号经由电导体将出站数据流的分割部分传输到一元端连接器，并且收发器中的每一个进一步被配置为对发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流的分割部分作为所述分割端输出电信号。
前述实施例中的每一个可以单独或组合地实现，并且可以以任何合适的组合来利用以下特征中的一个或多个来实现：1.一元端连接器包括收发器，该收发器对输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流作为发散传输信号，该发散传输信号经由电导体将入站数据流的分割部分传输到分割端连接器。2.一元端连接器中的收发器对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制出站数据流作为所述输出PAM4电信号。3.发散传输信号和收敛传输信号是NRZ电信号。4.发散传输信号和收敛传输信号是PAM4电信号。5.分割端连接器中的每一个包括一个重驱动器电路，该重驱动器电路通过放大其接收的发散传输信号来提供输出NRZ电信号。6.重驱动器电路通过放大它接收到的输入NRZ电信号来提供收敛传输信号中的至少一个。7.分割端连接器中的每一个包括收发器，该收发器对其接收的发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流的分割部分。8.每个分割端连接器中的收发器对输入的NRZ电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制出站数据流的分割部分。9.每个分割端连接器中的收发器进一步在提取入站数据流的分割部分时执行前向纠错。10.一元端连接器中的收发器进一步在提取出站数据流时执行前向纠错。11.将重驱动器电路封装到分割端连接器中的每一个中。12.将收发器封装到分割端连接器中的每一个中。13.将收发器封装到一元端连接器中。
附图说明
图1是说明性有源1：N分支电缆的透视图。
图2A是一个说明性分支电缆实施例的示意图。
图2B是第二说明性分支电缆实施例的示意图。
图3A是说明性齿轮箱收发器实施例的功能框图。
图3B是说明性CDR收发器实施例的功能框图。
图4是说明性接收器的框图。
图5是说明性发射器的框图。
图6是有源电缆连接器的架构图。
图7是说明性电缆制造方法的流程图。
具体实施方式
尽管在附图和以下描述中给出了特定实施例，但是请记住它们不限制本公开。相反，它们为普通技术人员提供用于辨别包含在所附权利要求书的范围内的替代形式、等效物和修改的基础。
图1是说明性1：4分支电缆的透视图，该电缆可用于在路由网络中的设备之间提供高带宽通信链路。路由网络可以是或者包括例如互联网、广域网或局域网。链接设备可以是计算机、交换机、路由器、集线器等。分支电缆包括经由导体106电连接到多个分叉端连接器101-104的一元端连接器100。一元端还可以称为公共端、未分割端或一级主机端等，并且它被设计为用于以N倍的分割端连接器的数据速率与主机的网络接口通信，其中N是分割端连接器的数量。分割端连接器可以称为分支端、分开端、传统端或二级主机端等，并且它被设计为以1/N倍的一元端连接器的数据速率与主机的网络接口通信。
电导体可以以成对的形式提供，诸如利用双轴导体。双轴导体可以比作同轴导体，但其具有两个内导体而不是一个。内导体可以用差分信号来驱动，并且它们的共用屏蔽可以减少与电缆中其他双轴导体的串扰。根据性能标准，可以采用其他成对或单端的导体实现。成对的导体可以提供差分信号的单向传输。
在一个预期的1：4分支电缆实施例中，一元端连接器是四通道小型可插拔双密度(QSFP-DD)连接器或八通道小型可插拔(OSFP)连接器，被配置为以8个50Gbps PAM4电信号通道的形式提供和接受400Gbps。四个分割端连接器是四通道小型可插拔速率高达28Gbps/通道(QSFP28)连接器，每个连接器配置为以4个25Gbps NRZ电信号通道的形式提供和接受100Gbps。因此，该预期实施例包括“齿轮箱”模块，其在50Gbps PAM4电信号和25Gbps NRZ电信号之间进行转换。但是，可以使用符合以太网标准或其他网络通信标准的任何连接器。
在另一个预期的1：2分支电缆实施例中，一元端连接器被配置为以4个100GbpsPAM4电信号通道的形式提供和接受400Gbps。两个分割端连接器各自被配置为以4个50GbpsPAM4电信号通道的形式提供和接受200Gbps。因此，该预期实施例包括齿轮箱模块，其在50Gbps PAM4电信号通道对和100Gbps PAM4电信号单通道之间进行转换。
在另一个预期的1：2分支电缆实施例中，一元端连接器被配置为以4个20Gbps NRZ电信号通道的形式提供和接受80Gbps。两个分割端连接器各自被配置为以4个10Gbps NRZ电信号通道的形式提供和接受40Gbps。因此，该预期实施例包括齿轮箱模块，其在10GbpsNRZ电信号通道对和20Gbps NRZ电信号单通道之间进行转换。
为了提供PAM4-NRZ和/或2-1通道+速率转换，同时实现鲁棒的性能，一元端连接器和/或分割端连接器可以包括有源收发器，其执行时钟和数据恢复(CDR)以及在每个方向上的数据流的重新调制。值得注意的是，收发器不仅会在出站数据流退出电缆时执行CDR和重新调制，还会在入站数据流进入电缆时对其进行重新调制。(虽然这里用于一元和分割端连接器，但是权利要求中使用的术语“入站”和“出站”将相对于一元端连接器100定义，使得“入站”数据流是在一元端连接器处进入电缆的数据流，并且在分割端连接器之间被分开，其中入站数据流的分割部分退出电缆。反之，“出站”数据流是在从分割端进入电缆的分割部分组装后从一元端连接器处的电缆退出的数据流。)
这里承认，进入电缆的数据流可以预期符合相关标准，并且可以预期它们从网络接口端口的插座引脚和连接器的插头引脚的经历基本上没有劣化。然而，发射网络接口的电子制造商采用的调制质量和均衡策略通常是未知的，并且标准的最低要求可能不足以在延长的电缆长度上传输，特别是如果接收网络接口的电子制造商与传输网络接口的不同。与发射网络接口一样，接收网络接口的电子制造商采用的均衡和解调策略通常是未知的，并且可能无法应对由延长的电缆长度上的信号传输引起的衰减和干扰。至少一些预期的实施例在每一端执行进入和退出数据流的CDR和重新调制，以确保在更加延长的电缆长度上始终稳健的数据传输，而不考虑网络接口的电子制造商。
图2A是一个预期的有源1：4分支电缆实施例的示意图。集成电路TR0封装在一元端连接器100中，而每个分割端连接器101-104包括相应的集成电路TR1-TR4。集成电路TR0可以焊接到印刷电路板，该印刷电路板将集成电路的面向主机侧连接到一元端连接器100的引脚，且将集成电路的面向电缆侧连接到电导体106。类似地，每个集成电路TR1-TR4可以焊接到印刷电路板上，该印刷电路板将集成电路的面向主机侧连接到分割端连接器101-104的引脚，且将集成电路的面向电缆侧连接到电导体106。在至少一些实施例中，所有集成电路TR0-TR4是执行CDR和在两个方向上行进的数据流的重新调制的收发器。在其他实施例中，集成电路TR0或集成电路TR1-TR4是重驱动器(redriver，模拟线性放大器)，其对在导体106上传输期间已经衰减的信号进行操作，并且可以进一步对将要通过导体传输的信号进行操作，以预补偿至少一些衰减。在其他实施例中，省略了集成电路TR0或集成电路TR1-TR4，有利于导体106和连接器引脚之间的直接连接。
图2A示出了预期的电缆实施例，其中一元端连接器100包括具有齿轮箱模块的收发器TR0。收发器TR0的面向主机侧提供并接受8个50Gbps PAM4电信号通道。收发器TR0的面向电缆侧提供并接受16个25Gbps NRZ电信号通道。将16个通道对分割端连接器101-104分别分配四个。该实施例的潜在优点是25Gbps NRZ电信号可以比50Gbps PAM4信号更好地承受衰减和干扰，从而提供更鲁棒性能并且潜在地允许在分割端连接器101-104中使用重驱动器或直接连接。或者，集成电路TR1-TR4可以是接收器，其在面向主机侧和面向电缆侧上均接受并提供4个25Gbps NRZ电信号通道。
图2B示出了替代电缆实施例，其中分割端连接器101-104各自包括具有齿轮箱模块的收发器(TR1'-TR4')。收发器TR1-TR4的面向主机侧提供并接受4个25Gbps NRZ电信号通道。这些收发器的面向电缆侧提供并接受2个50Gbps PAM4电信号通道，它们结合起来为一元端连接器提供8个50Gbps PAM4电信号通道。该实施例的潜在优点是它需要更少的导体106。通过在一元端连接器100中使用重驱动器或直接连接可以进一步实现更大的成本节省。或者，集成电路TR0'可以是接收器，其在面向主机侧和面向电缆侧上均接受并提供8个50Gbps NRZ电信号通道。
图3A是包括齿轮箱功能的说明性收发器的功能框图。收发器包括第一组发射器和接收器302以及第二组发射器和接收器304。在图3A中，第一组302用于高速率通道(例如，50Gbps PAM4)，并且第二组304用于低速率通道(例如，25Gbps NRZ)。齿轮箱功能由格式转换器的组306来提供。在图3A中，组306被示出为包括PAM4-NRZ转换器和NRZ-PAM4转换器。PAM4-NRZ转换器各自接受PAM4码元的数据流，产生两个NRZ比特流。在至少一些实施例中，PAM4-NRZ转换器使用格雷码(Gray code)对PAM4码元进行解码以获得相应的数据比特，并且从每个码元向每个NRZ比特流分配一个比特。反之，NRZ-PAM4转换器各自接受两个NRZ比特流并将它们转换成PAM4码元的数据流。NRZ-PAM4转换器从每个比特流中取一比特并应用格雷码以获得每个PAM4码元。
在其他预期的实施例中，格式转换器的组306可以是提供2-1通道+速率转换的复用器和解复用器。例如，通道多路复用器可以接受PAM4码元的两个通道(即，两个数据流)，并产生具有输入通道的码元速率两倍的PAM4码元的一个通道(即，一个数据流)。相应的通道解复用器将接受PAM4码元的一个输入通道，并产生具有输入通道的码元速率一半的两个PAM4码元通道。作为另一示例，通道多路复用器可以接受NRZ比特的两个通道(即，两个比特流)，并产生具有输入通道的比特速率两倍的NRZ比特的一个通道(即，一个比特流)。相应的通道解复用器将接受NRZ比特的一个输入通道，并产生具有输入通道的码元速率一半的两个NRZ比特通道。
PAM4-NRZ的转换也可以与通道+速率转换相结合，使得例如，PAM4码元的一个输入通道被转换成具有输入通道码元速率一半的NRZ比特的四个输出通道，并且NRZ比特的四个输入通道被转换成PAM4码元的一个输出通道。
存储器308在发射器和接收器组302、304之间提供FIFO缓冲。注意，转换器306和存储器308的顺序可以在发射器和接收器组302、304之间切换。控制器310通过例如设置初始均衡参数并确保在使所述发射器和接收器进入数据传输阶段之前跨所有通道和链路完成训练阶段来协调发射器和接收器的操作。
暂时参考图6，PAM4-NRZ和/或2-1通道+速率转换可以在概念上在数据链路层640处执行，即，通过物理层622A、622夹在可选FEC和PCS子层处理之间。在一些变形中，收发器可以省略与MAC、调解、PCS和FEC子层中的一些或全部相关联的处理，执行比特到通道的重新映射以在诸如FEC或甚至PMA之类的较低子层之间桥接。在一些实施例中，FEC子层仅在面向主机侧或仅在面向电缆侧上实现。在其他实施例中，执行比特到通道的重新映射以在两侧的FEC子层之间桥接。
图3B是省略齿轮箱功能但包括上述其他部件的说明性收发器的功能框图。图3B的收发器实施例在每个方向上(面向主机和面向电缆)具有相同数量的通道，使用相同的信令形成(PAM4或NRZ)，而图3A的实施例改变信令形成并在一个方向上提供另一个方向两倍之多的通道。
在至少一些预期的实施例中，发射器和接收器的面向主机组采用与电缆无关的固定均衡参数，即，它们不是在逐个电缆的基础上定制的。发射器和接收器的面向电缆组优选地采用电缆相关的均衡参数，这些参数是在逐个电缆的基础上定制的。电缆相关的均衡参数可以是自适应或固定的，并且可以在电缆的制造商测试期间确定这些参数的初始值。均衡参数可以包括用于发射器中的预均衡器滤波器的滤波器系数值，以及用于接收器的增益和滤波器系数值。
图4和5是可用于实现组302、304的说明性接收器和说明性发射器的框图。在图4中，接收器400接收模拟电信号(CH_IN)并将其提供给低噪声放大器(LNA)402。LNA 402提供高输入阻抗以最小化信道负载并放大接收到的电信号以驱动连续时间线性均衡器(CTLE)滤波器404的输入。CTLE 404提供连续时间滤波以对信号频谱进行整形，以减小信道脉冲响应的长度，同时最小化前导码间干扰(ISI)。判决反馈均衡器(DFE)406对经滤波的信号进行操作以校正尾随ISI并检测每个发射的信道位或码元，由此产生经解调的数字数据流。一些实施例采用过采样。时钟和数据恢复(CDR)电路408从经滤波的信号和/或数字数据流中提取时钟信号，并将其提供给DFE 406以控制样本和码元检测定时。串并转换电路410将数字数据流比特或码元分组为块，以使得能够使用较低的时钟速率用于随后的芯片上操作。码元或数据块被放置在数字接收总线(RXD)上，以便由发射器重新发送到远程端节点。
虽然某些预期的电缆实施例不支持自动协商，但是其他预期的实施例确实支持根据以太网标准的自动协商。当得到支持时，可以如发明人Yifei Dai，Haoli Qian和JeffTwombly在题为“以太网链路扩展方法和设备”且于2017年3月8日提交的国际专利申请PCT/CN2017/075961中所描述的那样实现自动协商。检测器或包信息提取器442监测接收信号以检测自动协商阶段的结束和/或训练阶段帧的开始。
在训练阶段期间，滤波器适配电路440测量DFE 406中的决策元件的输入和输出之间的误差，根据关于自适应滤波的文献中的公知技术采用该误差来确定对CTLE滤波器404、DFE 406和发射滤波器506中的系数的调整(下面进一步讨论)，并确定是否已实现收敛。包括发射滤波器系数调整和收敛状态的本地生成的信息(LOCAL_INFO)被提供给在数据通道上以反向通信的本地发射器500。如下文中讨论的，本地发射器经由反向信道将发射滤波器调整和收敛状态传送到CH_IN信号的源。在那种情况下，所接收的信号包括来自CH_IN信号的源的反向信道信息。分组信息提取器442检测反向信道信息(BACK_INFO)并将其传递给本地发射器。一旦实现收敛，接收器400就准备好开始正常操作。
在图5中，发射机500接收信道比特或码元的块，以便传输到CH_IN信号的源(图4)。在正常操作期间，多路复用器502将来自远程源(在TXD总线上接收)的信道比特或码元的块提供给并行到串行(P2S)电路504。P2S电路将块转换为数字数据流。发射滤波器506，也称为预加强滤波器，将数字数据流转换为具有频谱整形的模拟电信号，以对抗信道劣化。驱动器508放大模拟电信号以驱动通道输出(CH_OUT)节点。
如果支持，则自动协商阶段可以如Y.Dai等人所述的那样实施。在训练阶段期间，多路复用器502阻挡来自TXD总线的信息，代之以向P2S电路504提供来自训练控制器540的训练帧。训练控制器540基于从本地接收器400接收的收敛状态和发射滤波器系数调整(LOCAL_INFO)来生成训练帧。也就是说，除了训练模式之外，训练帧还包括要由信道的远端使用的反向信道信息。应注意，即使在本地接收器指示已经发生滤波器收敛之后，训练控制器540也可以延长训练阶段以协调跨通道和沿着信道的每个链路的训练阶段定时。训练帧包括由当前以太网标准(IEEE Std802.3)的相关部分指定的训练序列。
训练控制器540还接受由本地接收器从本地端节点发送的接收训练帧中提取的反向信道信息(BACK_INFO)。训练控制器将相应的调整应用于发射滤波器506的系数。在训练阶段结束时，多路复用器502开始将TXD块转发到P2S电路504。
图6是主机设备602和电缆连接器102的网络接口的架构图，该电缆连接器102具有前面讨论的说明性收发器之一。该体系结构根据开放系统互连的ISO/IEC模型(参见ISO/IEC 7498-1：1994.1)进行表示，用于通过诸如导体106之类的物理介质进行通信。互连参考模型采用具有定义的功能和接口的层的层级结构，以促进由不同团队或供应商对兼容系统的设计和实施。虽然这不是要求，但期望层级结构中的较高层主要由在可编程处理器上操作的软件或固件来实现，而较低层可以被实现为专用集成电路或类似专用硬件。
应用层608是模型中的最上层，并且它表示在需要用于传递消息或数据的设施的不同系统上操作的用户应用或其他软件。表示层610向这样的应用提供一组应用编程接口(API)，该应用编程接口提供形式语法以及用于数据转换(例如，压缩)的服务，建立通信会话、无连接通信模式以及协商以使应用软件能够标识可用的服务选项并从中选择。会话层612提供用于协调数据交换的服务，包括：会话同步、令牌管理、全双工或半双工模式实现以及建立、管理和释放会话连接。在无连接模式下，会话层可以仅在会话地址和传输地址之间进行映射。
传输层614为多路复用、端到端序列控制、错误检测、分段、阻塞、级联、各个连接上的流量控制(包括挂起/恢复)，以及实现端到端服务质量规范提供服务。传输层614的重点是端到端性能/行为。网络层616提供路由服务，确定用于进行端到端连接的链路，并在必要时充当中继服务以将这些链路耦合在一起。数据链路层618用作到物理连接的接口，提供跨物理连接的定界、同步、序列和流量控制。它也可以检测并可选地校正跨物理连接发生的错误。物理层622提供机械、电、功能和程序手段来激活、维持和去激活信道，并使用信道以用于跨物理介质106的比特传输。
数据链路层618和物理层622被IEEE标准802.3-2015稍微细分和修改，IEEE标准802.3-2015在数据链路层618中提供介质访问控制(MAC)子层622以定义与物理层622的接口，包括帧结构和传输语法。在物理层622内，该标准提供了各种可能的细分，诸如图6中所示的细分，其包括可选的调解子层624、物理编码子层(PCS)626、前向纠错(FEC)子层628、物理介质附件(PMA)子层630、物理介质从属(PMD)子层632和自动协商(AN)子层634。
可选的调解子层624仅在为MAC子层620和PCS子层626定义的接口之间映射。PCS子层626提供加扰/解扰、数据编码/解码(具有能够实现时钟恢复和位错误检测的传输码)、块和码元重新分配、PCS对准标记插入/移除以及块级别通道同步和抗扭斜(deskew)。为了通过物理层622的部件实现误码率估计，PCS对准标记通常包括从通道中的直到并包括先前PCS对准标记的先前位导出的位交叉奇偶校验(BIP)值。
FEC子层628提供例如Reed-Solomon编码/解码，其分配具有跨通道的受控冗余性的数据块以实现纠错。在一些实施例中(例如，根据IEEEStd 802.3的第91条或提出的第134条)，FEC子层628修改通道的数量(第91条提供20到4通道转换)。
PMA子层630提供通道重新映射、码元编码/解码、成帧(framing)和八比特/码元同步。PMD子层632指定发射/接收的信道信号与对应的比特(或数字码元)流之间的收发器转换。这里示出了可选的AN子层634作为PMD子层632的内部元件，并且它实现了通信信道的初始启动，以在进入正常操作阶段之前进行自动协商阶段和链路训练阶段。自动协商阶段使端节点能够交换关于其能力的信息，并且训练阶段使得端节点能够以对抗信道非理想性的方式适配发射侧和接收侧均衡滤波器两者。
插座636还被示为PMD子层632的一部分以表示物理网络接口端口。连接器102具有与主机设备602的插座636配合的插头。在连接器内，收发器可以实现面向主机的物理层622A、面向电缆的物理层622B、以及将两个物理层桥接在一起的数据链路层640。
MAC、调解、PCS、FEC、PMA和PMD子层可以实现为专用集成电路，以实现高速率处理和数据传输。接收器和发射器组302、304可以实现PMA和PMD子层。关于各层和子层的操作的更多信息，以及节点和通信介质之间的连接的电气和物理规范(例如，引脚布局、线路阻抗、信号电压和定时)以及通信介质本身的电气和物理规范(例如，铜缆中的导体布置、衰减限制、传播延迟、信号偏斜)可以在当前的以太网标准中找到并提出对其的更新，并且任何这样的细节应该被认为是完全在本领域普通技术人员的知识范围内。
图7是说明性电缆制造方法的流程图。它在框702中以下面的步骤开始：通常通过将导线端部焊接到附连至连接器插头的电路板的焊盘上，来将电导体连接在一元端连接器和分割端连接器之间。电路板上的迹线(trace)可以直接将焊盘连接到连接器插头的引脚。或者，迹线可以将芯片与集成电路收发器或重驱动器连接在焊盘和连接器插头的引脚之间。该步骤和随后的步骤可以由自动化制造/测试设备执行。在框704中，设备将电路板(包括任何集成电路部件)封装在用于网络电缆的相应端部连接器中。连接器适于与主机设备的网络接口端口配合，并包括与端口中的匹配插座电连接的插头。
在框706中，设备测试电缆以验证是否符合性能规范并确定电缆相关的均衡参数以供面向电缆的发射器和接收器组使用。在框708中，设备使收发器将均衡参数(包括电缆相关参数和电缆无关参数)存储在非易失性存储器中。然后可以将电缆封装并出售给客户。
尽管前面的描述主要集中在1：4分支电缆设计上，但是所公开的原理也适用于其他电缆设计，包括1：2、1：8和1:16分支电缆设计。每个100Gbps PAM4通道可以以53.125Gbaud传输PAM4码元。每个50GbpsPAM4可以以26.5625Gbaud传输PAM4码元，而每个25Gbps NRZ通道可以以26.5625Gbaud传输NRZ码元。这些通道可以根据以太网标准成组在一起，以提供25Gbps、50Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps或800Gbps。还可以支持其他标准，其中连接器收发器提供串联(in-line)格式转换和通道多路复用/多路解复用。
对本领域技术人员来说，一旦完全了解以上公开内容，则众多替代形式、等效物和修改方案将变得显而易见。旨在将权利要求书解释为涵盖包含在所附权利要求书的范围内的所有这些替代形式、等效物和修改方案。

Claims (32)

1.一种有源1：N分支电缆，包括：
一元端连接器，所述一元端连接器由电导体连接到N个分割端连接器中的每一个，N是大于1的整数，
所述一元端连接器适于装配到一级主机设备的网络接口端口，以提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，所述输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述输入PAM4电信号传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流，并且
所述分割端连接器中的每一个适于装配到二级主机设备的网络接口端口，以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，所述输出NRZ电信号将入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述输入NRZ电信号传送来自所述二级主机设备的出站数据流的分割部分，所述分割端连接器中的每一个包括收发器，所述收发器对所述输入NRZ电信号执行时钟和数据恢复，以提取并重新调制所述出站数据流的所述分割部分作为一个或多个收敛传输信号，所述收敛传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述一元端连接器，并且其中所述收发器对发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分作为所述输出NRZ电信号。
2.如权利要求1所述的有源1：N分支电缆，其中，所述一元端连接器包括收发器，所述收发器对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且其中所述收发器对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号。
3.如权利要求2所述的有源1：N分支电缆，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号是NRZ电信号。
4.如权利要求3所述的有源1：N分支电缆，其中，所述一元端连接器中的所述收发器进一步在提取所述出站数据流时执行前向纠错。
5.如权利要求3所述的有源1：N分支电缆，其中，每个分割端连接器中的所述收发器进一步在提取所述入站数据流的分割部分时执行前向纠错。
6.如权利要求1所述的有源1：N分支电缆，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号是PAM4电信号。
7.如权利要求6所述的有源1：N分支电缆，其中，所述一元端连接器包括收发器，所述收发器对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为所述发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且其中所述一元端连接器中的所述收发器对所述收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号。
8.如权利要求7所述的有源1：N分支电缆，其中，所述一元端连接器中的所述收发器进一步在提取所述出站数据流时执行前向纠错。
9.一种有源1：N分支电缆，包括：
一元端连接器，所述一元端连接器由电导体连接到N个分割端连接器中的每一个，N是大于1的整数，
所述一元端连接器适于装配到一级主机设备的网络接口端口，以提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，所述输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述输入PAM4电信号传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流，并且
所述分割端连接器中的每一个适于装配到二级主机设备的网络接口端口，以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，所述输出NRZ电信号将入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述输入NRZ电信号传送来自所述二级主机设备的出站数据流的分割部分,
其中，所述一元端连接器包括收发器，所述收发器对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且其中所述收发器对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号是NRZ电信号，
其中，所述分割端连接器中的每一个包括重驱动器电路，所述重驱动器电路通过放大其接收的发散传输信号来提供所述输出NRZ电信号，并且其中所述重驱动器电路通过放大其接收的所述输入NRZ电信号来提供所述收敛传输信号中的至少一个。
10.一种电缆制造方法，所述方法包括：
将收发器封装到适于与一级主机设备的网络接口端口配合的一元端连接器中，所述收发器被配置为提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述输入PAM4电信号传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流；
利用电导体将N个分割端连接器中的每一个连接到所述一元端连接器，其中N是大于1的整数，并且其中所述分割端连接器中的每一个适于与二级主机设备的网络接口端口配合以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，所述输出NRZ电信号将所述入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述输入NRZ电信号传送来自所述二级主机设备的所述出站数据流的分割部分，
所述一元端连接器中的所述收发器被配置为对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且所述一元端连接器中的所述收发器进一步被配置为对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号；以及
将收发器封装在所述分割端连接器中的每一个中，每个分割端连接器中的所述收发器被配置为对其所接收的所述发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分，并进一步被配置为对输入NRZ电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流的分割部分，
其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号是PAM4电信号。
11.一种电缆制造方法，所述方法包括：将收发器封装到适于与一级主机设备的网络接口端口配合的一元端连接器中，所述收发器被配置为提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述输入PAM4电信号传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流；
利用电导体将N个分割端连接器中的每一个连接到所述一元端连接器，其中N是大于1的整数，并且其中所述分割端连接器中的每一个适于与二级主机设备的网络接口端口配合以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，所述输出NRZ电信号将所述入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述输入NRZ电信号传送来自所述二级主机设备的所述出站数据流的分割部分；以及
将重驱动器电路封装到所述分割端连接器中的每一个中，所述重驱动器电路被配置为通过放大其接收的发散传输信号来提供所述输出NRZ电信号，并且进一步被配置为通过放大其接收的输入NRZ电信号来提供收敛传输信号中的至少一个，
所述一元端连接器中的所述收发器被配置为对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为所述发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且所述一元端连接器中的所述收发器进一步被配置为对所述收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号，所述发散传输信号和所述收敛传输信号是NRZ电信号。
12.一种电缆制造方法，所述方法包括：
将收发器封装到适于与一级主机设备的网络接口端口配合的一元端连接器中，所述收发器被配置为提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，该输出PAM4电信号将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述输入PAM4电信号传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流；
利用电导体将N个分割端连接器中的每一个连接到所述一元端连接器，其中N是大于1的整数，并且其中所述分割端连接器中的每一个适于与二级主机设备的网络接口端口配合以提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，所述输出NRZ电信号将所述入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述输入NRZ电信号传送来自所述二级主机设备的所述出站数据流的分割部分；以及
将收发器封装到所述分割端连接器中的每一个中，每个分割端连接器中的所述收发器被配置为对其接收的发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分，并且进一步被配置为对输入NRZ电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流的分割部分，
所述一元端连接器中的所述收发器被配置为对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为所述发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且所述一元端连接器中的所述收发器进一步被配置为对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号，所述发散传输信号和所述收敛传输信号是NRZ电信号。
13.一种电缆制造方法，所述方法包括：
将收发器封装到适于与二级主机设备的网络接口端口配合的N个分割端连接器中的每一个中，其中N是大于1的整数，并且其中所述分割端连接器中的所述收发器中的每一个被配置为提供输出NRZ电信号并接受输入NRZ电信号，所述输出NRZ电信号将多通道入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述输入NRZ电信号传送来自所述二级主机设备的多通道出站数据流的分割部分；以及
经由电导体将所述分割端连接器中的每一个连接到一元端连接器，所述一元端连接器适于与一级主机设备的网络接口端口配合，以提供输出PAM4电信号并接受输入PAM4电信号，所述输出PAM4电信号将所述出站数据流传送到所述一级主机设备，所述输入PAM4电信号传送来自所述一级主机设备的所述入站数据流，
每个分割端连接器中的所述收发器被配置为对所述输入NRZ电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流的分割部分作为收敛传输信号，该收敛传输信号经由所述电导体将所述出站数据流的分割部分传输到所述一元端连接器，并且每个分割端连接器中的所述收发器进一步被配置为对发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分作为所述输出NRZ电信号。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号是PAM4电信号。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括将收发器封装在所述一元端连接器中，其中所述一元端连接器中的所述收发器被配置为对所述输入PAM4电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且所述一元端连接器中的所述收发器进一步被配置为对所述收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述输出PAM4电信号。
16.一种有源1：N分支电缆，包括：
一元端连接器，所述一元端连接器由电导体连接到N个分割端连接器中的每一个，N是大于1的整数，
所述一元端连接器适于装配到一级主机设备的网络接口端口以提供第一输出电信号并接受第一输入电信号，所述第一输出电信号以第一码元速率将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述第一输入电信号以第一码元速率传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流，以及
所述分割端连接器中的每一个适于装配到二级主机设备的网络接口端口，以提供第二输出电信号并接受第二输入电信号，所述第二输出电信号以第二码元速率将所述入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述第二输入电信号以第二码元速率传送来自所述二级主机设备的所述出站数据流的分割部分，
所述第二码元速率是所述第一码元速率的一半。
17.如权利要求16所述的电缆，其中所述第一输出电信号、所述第一输入电信号、所述第二输出电信号和所述第二输入电信号各自为PAM4电信号。
18.如权利要求16所述的电缆，其中所述第一输出电信号、所述第一输入电信号、所述第二输出电信号和所述第二输入电信号各自为NRZ电信号。
19.如权利要求16所述的电缆，其中，所述一元端连接器包括收发器，所述收发器对所述第一输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制入站数据流作为发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且其中所述收发器对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述第一输出电信号。
20.如权利要求19所述的电缆，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号使用所述第二码元速率。
21.如权利要求20所述的有源1：N分支电缆，其中，所述一元端连接器中的所述收发器进一步在提取所述出站数据流时执行前向纠错。
22.如权利要求20所述的电缆，其中所述分割端连接器中的每一个包括重驱动器电路，所述重驱动器电路通过放大其接收的发散传输信号来提供所述第二输出电信号，并且其中所述重驱动器电路通过放大其接收的所述第二输入电信号来提供所述收敛传输信号中的至少一个。
23.如权利要求20所述的电缆，其中所述分割端连接器中的每一个包括收发器，所述收发器对其接收的所述发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分，并且其中每个分割端连接器中的所述收发器对所述第二输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流的分割部分。
24.如权利要求23所述的电缆，其中，每个分割端连接器中的所述收发器进一步在提取所述入站数据流的分割部分时执行前向纠错。
25.如权利要求19所述的电缆，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号使用所述第一码元速率，其中所述分割端连接器中的每一个包括收发器，所述收发器对其接收的所述发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分，并且其中每个分割端连接器中的所述收发器对所述第二输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流的分割部分。
26.如权利要求25所述的电缆，其中，每个分割端连接器中的所述收发器进一步在提取所述入站数据流的分割部分时执行前向纠错。
27.如权利要求16所述的电缆，其中所述分割端连接器中的每一个包括收发器，所述收发器对所述第二输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取并重新调制所述出站数据流的所述分割部分作为一个或多个收敛传输信号，收敛传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述一元端连接器，并且其中所述收发器对发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分作为所述第二输出电信号。
28.如权利要求27所述的电缆，其中所述发散传输信号和所述收敛传输信号使用所述第一码元速率。
29.如权利要求28所述的电缆，其中，所述一元端连接器包括收发器，所述收发器对所述第一输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为所述发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且其中所述一元端连接器中的所述收发器对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述第一输出电信号。
30.如权利要求29所述的电缆，其中，所述一元端连接器中的所述收发器进一步在提取所述出站数据流时执行前向纠错。
31.一种电缆制造方法，包括：
将收发器封装到适于与一级主机设备的网络接口端口配合的一元端连接器中，所述收发器被配置为提供第一输出电信号并接受第一输入电信号，所述第一输出电信号以第一码元速率将多通道出站数据流传送到所述一级主机设备，所述第一输入电信号以所述第一码元速率传送来自所述一级主机设备的多通道入站数据流；以及
利用电导体将N个分割端连接器中的每一个连接到所述一元端连接器，其中N是大于1的整数，并且其中所述分割端连接器中的每一个适于与二级主机设备的网络接口端口配合以提供第二输出电信号并接受第二输入电信号，所述第二输出电信号以第二码元速率将所述入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述第二输入电信号以所述第二码元速率传送来自所述二级主机设备的所述出站数据流的分割部分，
所述一元端连接器中的所述收发器被配置为对所述第一输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流作为发散传输信号，所述发散传输信号经由所述电导体将所述入站数据流的分割部分传输到所述分割端连接器，并且所述一元端连接器中的所述收发器进一步被配置成对收敛传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流作为所述第一输出电信号，并且
所述第二码元速率是所述第一码元速率的一半。
32.一种电缆制造方法，包括：
将收发器封装到适于与二级主机设备的网络接口端口配合的N个分割端连接器中的每一个中，其中N是大于1的整数，并且其中所述分割端连接器中的所述收发器中的每一个被配置为提供分割端输出电信号并接受分割端输入电信号，所述分割端输出电信号以第二码元速率将多通道入站数据流的分割部分传送到所述二级主机设备，所述分割端输入电信号以第二码元速率传送来自所述二级主机设备的多通道出站数据流的分割部分；以及
经由电导体将所述分割端连接器中的每一个连接到一元端连接器，所述一元端连接器适于与一级主机设备的网络接口端口配合，以提供一元端输出电信号并接受一元端输入电信号，所述一元端输出电信号以第一码元速率将所述出站数据流传送到所述一级主机设备，所述一元端输入电信号以第一码元速率传送来自所述一级主机设备的所述入站数据流，
每个分割端连接器中的所述收发器被配置为对所述分割端输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述出站数据流的分割部分作为收敛传输信号，所述收敛传输信号经由所述电导体将所述出站数据流的分割部分传输到所述一元端连接器，并且每个分割端连接器中的所述收发器进一步被配置为对发散传输信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制所述入站数据流的分割部分作为所述分割端输出电信号，并且
所述第二码元速率是所述第一码元速率的一半。
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