CN112291106B - 用于管理有源以太网电缆的旁路开关 - Google Patents

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Abstract

公开了用于管理有源以太网电缆的旁路开关，一种电缆、制造方法以及使用方法，各自促进产品开发、测试和调试。电缆制造方法的说明性实施例包括：将第一端部连接器插头连接到第一数据恢复和重新调制(DRR)设备并连接到第一控制器设备；以及提供旁路开关，该旁路开关在第一控制器设备的控制下操作以将命令总线与配置总线合并，从而使得能够通过第一主机接口端口直接访问配置总线。第一端部连接器插头具有：一组专用引脚，该组专用引脚用于在第一DRR设备和第一主机接口端口之间传送多通道数据流；以及用于在第一主机接口端口和第一控制器设备之间传送通信的双线命令总线的附加引脚，该第一控制器设备可操作用于经由双线配置总线来配置第一DRR设备。

Description

用于管理有源以太网电缆的旁路开关
背景
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标准802.3-2015，这对于本申请所属领域的普通技术人员而言将是熟悉的。该以太网标准为通过同轴电缆、双轴电缆、双绞线电缆、光纤电缆和电子背板以各种信道信号星座在1Mb/s至100Gb/s的选定速度下的局域网(LAN)操作提供通用介质访问控制规范。随着对更高数据率的持续需求，正在扩展该标准。即使均衡器被迫以更快的码元率操作，这种对标准的扩展也必须考虑增加的信道衰减和色散。随着所提出的每通道比特率随着超过几米的距离跨度上的PAM4或更大的信号星座而上升超过50Gbps，提供确保始终如一的稳健性能的可负担且大规模制造的网络硬件变得越来越困难。
对于不超过2米的距离跨度，衰减被合理地限制，以使得可以采用无源铜电缆，该无源铜电缆也被称为直接附连电缆或“DAC”。具有更大距离跨度的数据中心被迫使依赖于有源光缆(AOC)设计，该AOC设计将电接口信号转换为由光纤传输的光信号，即便此类电缆伴随有极高的成本。有源以太网电缆(AEC)是一种新设计的电缆，其使用电缆连接器中的硬连线的数据恢复和重新调制(DRR)芯片来提供高达至少七米的距离跨度上的负担得起的高带宽数据传输。权衡在于电缆连接器中的DRR芯片和支持电路将附加的硬件层引入到通信信道中。
随着越来越多的复杂设计被创建和开发到制造的产品中，期望验证它们的操作，或者如果它们的操作失败，则确定这些产品如何失败。尽管用于内置自测试(BIST)和调试支持的集成模块提供了一种解决方案，但是通过附加硬件层访问此类模块变得越来越困难。改进的访问将实现更快的产品验证和调试。
发明内容
相应地，本文中公开了各自促进产品开发、测试和调试的一种电缆、一种制造方法以及一种使用方法。一种电缆制造方法的说明性实施例包括：将第一端部连接器插头连接到第一数据恢复和重新调制(DRR)设备并连接到第一控制器设备；以及提供旁路开关，该旁路开关在第一控制器设备的控制下操作以将命令总线与配置总线合并，从而使得能够通过第一主机接口端口直接访问配置总线。第一端部连接器插头具有：一组专用引脚，该组专用引脚用于传送第一DRR设备和第一主机接口端口之间的多通道数据流；以及用于在第一主机接口端口和第一控制器设备之间传送通信的双线命令总线的附加引脚，该第一控制器设备可操作用于经由双线配置总线来配置第一DRR设备。
说明性电缆实施例包括：第一端部连接器，其具有：第一数据恢复和重新调制(DRR)设备；第一控制器设备，经由双线配置总线耦合到第一DRR设备；第一端部连接器插头，连接到所述第一数据恢复和重新调制(DRR)设备和第一控制器设备，该第一端部连接器插头具有专用引脚，用于在第一DRR设备和第一主机接口端口之间传送多通道数据流，以及用于第一主机接口端口和第一控制器设备之间的命令总线的两个引脚；以及旁路开关，该旁路开关在第一控制器设备的控制下操作以将命令总线与配置总线合并，从而使得能够通过第一主机接口端口直接访问配置总线。
一种电缆测试方法的说明性实施例包括：经由第一端部连接器插头向电缆的第一端部连接器供应功率，第一端部连接器具有第一数据恢复和重新调制(DRR)设备并且进一步具有第一控制器设备，第一DRR设备连接至第一连接器插头以将传出数据通道转换为电传输信号以供传输至第二端部连接器并将从第二端部连接器接收的电传输信号转换为传入数据通道，第一控制器设备经由双线配置总线而配置第一DRR设备的操作；在发送传出数据通道和接收传入数据通道的同时针对分组丢失或链路故障监视传入数据通道；以及经由第一端部连接器插头中的命令总线引脚发送命令，该命令指令第一控制器设备将命令总线引脚电连接到双线配置总线。
前述实施例中的每一个可以单独或组合地实现，并且能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.将电信号导体耦合到第一DRR设备以传送去往和来自第二DRR设备的电传输信号，第二DRR设备被连接到第二连接器插头，以用于传送第二DRR设备和第二主机接口端口之间的多通道数据流，第一DRR设备可操作用于在电传输信号和第一主机接口端口的多通道数据流之间进行转换，并且第二DRR设备可操作用于在电传输信号和第二主机端口的多通道数据流之间进行转换。2.提供第二旁路开关，第二旁路开关在第二控制器设备的控制下操作以将第二命令总线与第二配置总线合并，以使得第二DRR设备与第二主机接口端口之间能够直接通信。3.将第一端部连接器插头和第二端部连接器插头插入自动测试设备(ATE)上的相应的第一主机接口端口和第二主机接口端口中，ATE提供多通道数据流以用于训练第一DRR设备和所第二DRR设备中的均衡器。4.ATE配置第一控制器以提供ATE和第一DRR设备之间的直接通信，并配置第二控制器以提供ATE和第二DRR设备之间的直接通信。5.ATE使用I2C总线协议与第一控制器和第二控制器通信，并使用管理数据输入/输出(MDIO)总线协议与第一DRR设备和第二DRR设备通信。6.经由所合并的总线与第一DRR设备和第二DRR设备进行通信以优化均衡滤波器系数值。7.经由命令总线与第一控制器和第二控制器进行通信以编程均衡滤波器系数的默认值。8.第二端部连接器，包括：第二数据恢复和重新调制(DRR)设备；第二控制器设备，第二控制器设备经由第二配置总线耦合到第一DRR设备；第二端部连接器插头，第二端部连接器插头具有专用引脚，用于在第二DRR设备和第二主机接口端口之间传送多通道数据流，以及用于在第二主机接口端口和第二控制器设备之间的第二命令总线的两个引脚；以及第二旁路开关，第二旁路开关在第二控制器设备的控制下操作以将第二命令总线与第二配置总线合并，从而使得能够通过第二主机接口端口直接访问第二配置总线。9.电信号导体，电信号导体在第一DRR设备和第二DRR设备之间传送电传输信号，第一DRR设备和第二DRR设备在电传输信号和多通道数据流之间进行转换。10.旁路开关是双通道模拟开关。11.第一控制器设备采用I2C协议以用于在命令总线上进行通信12.第一DRR设备采用I2C协议或MDIO协议以用于在配置总线上进行通信。13.第一控制器设备可操作以响应于通电事件而使用来自非易失性存储器的内容来配置第一DRR设备。14.第一控制器设备控制将命令总线合并到配置总线的模拟开关。15.使用I2C总线协议发送命令。16.使用I2C或MDIO总线协议经由合并的命令总线和配置总线访问所述DRR设备。17.直接查询所述DRR设备以确定链路状态、频率偏移、和信号裕度。
附图说明
图1是说明性有源以太网电缆(AEC)的立体图。
图2是说明性1：4分支AEC的立体图。
图3A是说明性AEC的功能框图。
图3B是包括说明性电缆的通信链路的架构图。
图4是说明性多通道数据恢复和重新调制(DRR)设备中的接收器的框图。
图5是说明性多通道DRR设备中的发射器的框图。
图6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是说明性电缆的立体图，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、存储区域网络或局域网。所链接的设备可以是计算机、交换机、路由器等等。电缆包括经由电绳中的电导体106电连接的第一连接器100和第二连接器101。电导体106可以是以成对的形式(诸如，利用双轴导体)布置的电导线。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。内导体可以用差分信号来驱动，并且它们共享的屏蔽件进行操作以减少与电缆中其他双轴导体的串扰。取决于性能标准，可能可以采用其他成对或单端的导体实现方式。
根据以太网标准，每个导体对可提供对差分信号的单向传输。为了在甚至扩展的电缆长度上实现稳健的性能，每个连接器100、101可包括执行对时钟和数据恢复(CDR)以及对数据流的重新调制的被供电的收发器，下文被称为数据恢复和重新调制(DRR)设备。DRR设备处理在每个方向上行进的数据流。值得注意的是，收发器不仅会在去往主机接口的入站数据流离开电缆时对这些入站数据流执行CDR和重新调制，而且会在来自主机接口的出站数据流进入电缆时对这些出站数据流进行CDR和重新调制。(注意：相对于本申请人的相关申请，该入站/出站术语是颠倒的。)
此处认识到，可预期出站数据流符合相关标准(例如，400Gbps的以太网标准)，并且可预期出站数据流基本上没有从它们在网络接口端口的插座引脚和电缆组件的连接器插头引脚的遍历中经历劣化。然而，由发送网络接口的电子制造商采用的调制质量和均衡策略一般是未知的，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发送网络接口的制造商不同。与发送网络接口一样，由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，特别是如果连接器没有被完全安置或者如果接触件已经受损。通过对入站和出站数据流两者执行DRR，说明性电缆确保经过电缆导体的电信号能够耐受在电缆的终端连接器之间遇到的衰减和干扰，由此使得能够在不考虑这些因素的情况下确保延长的电缆长度上始终稳健的数据传输。
虽然在前述描述中已经使用了1:1电缆，但是下文中所公开的原理也可适用于格式转换电缆并且可适用于分支电缆设计。图2是具有一元端连接器100的说明性1:4分支电缆的立体图，该1:4分支电缆可被设计成用于发送和接收200Gbps以太网数据流，例如，以50Gbps的4个50Gbps的通道的形式，每个通道使用26.5625GBd下的PAM4。电导体106被包封为四根电绳，每根电绳承载一个26.5625GBd(50Gbps)下的PAM4的通道或2个到分割端连接器101-104中对应的一个分割端连接器的26.5625GBd(25Gbps)下的不归零信令的通道。这些分割端连接器101-104中的每一个可被设计成用于发送和接收50Gbps以太网数据流。此类分支电缆可用于链接被设计成用于不同代的以太网标准的主机设备。作为另一示例，一元端连接器可被设计成用于发送和接收400Gbps(8个50Gbps PAM4的通道)，而分割端连接器中的每一个可被设计成用于发送和接收100Gbps(4个25Gbps NRZ的通道)。在一元端处或在分割端处，DRR设备可通过例如将1个PAM4码元通道转换成2个NRZ码元通道并且反之亦然来提供格式转换。
图3A是图1的说明性电缆的功能框图。连接器100包括插头200，其适于适配第一主机设备302(参见图3B)中的符合标准的以太网端口，以接收承载来自主机设备的出站数据流的输入电信号并提供承载去往主机设备的入站数据的输出电信号。类似地，连接器101包括适配第二主机设备304的以太网端口的插头201。连接器100包括第一DRR设备202，用于对在连接器100处进入和离开电缆的数据流执行CDR和重新调制，并且连接器101包括第二DRR设备204，用于对在连接器101处进入和离开电缆的数据流执行CDR和重新调制。DRR设备202、204可以是安装在印刷电路板上并经由电路板迹线连接到连接器插头引脚的集成电路。电绳106的线可被焊接到印刷电路板上电连接至DRR设备的对应焊盘。
在至少一些预期的实施例中，印刷电路板还各自支撑微控制器单元(MCU)206和双通道旁路开关(SW)210。每个DRR设备202、204经由第一双线总线耦合至配置该DRR设备的操作的相应的MCU设备206。在通电时，MCU设备206将均衡参数从闪存207加载到DRR设备的配置寄存器208中。主机设备可以经由第二双线总线访问MCU设备206，该第二双线总线根据I2C总线协议和/或更快速的MDIO协议来进行操作。如下文进一步讨论，利用对MCU设备206的此种访问，主机设备可以调节电缆的操作参数并监视电缆的性能。如下文更详细地讨论，旁路开关210使得MCU设备206能够将第一双线总线电连接至第二双线总线，使得主机能够绕过MCU设备206并且直接与DRR设备进行通信。
每个DRR设备202、204包括用于与主机设备进行通信的发射器和接收器集合220以及用于经由沿电缆长度的导体对进行发送和接收的发射器和接收器集合222。所图示的电缆支持四个双向通信通道LN0-LN3，每个双向通道由两个单向连接形成，每个单向连接具有差动驱动的双轴导体对(此处未示出屏蔽导体)。收发器任选地包括存储器224，用于在发射器和接收器集合220、222之间提供先进先出(FIFO)缓冲。嵌入式控制器228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能够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。嵌入式控制器228采用寄存器集合208来接收命令和参数值并提供潜在地包括状态信息和性能数据的响应。
在至少一些预期的实施例中，面向主机的发射器和接收器集合220采用与电缆无关的(即，它们不是在逐个电缆的基础上定制的)固定均衡参数。面向中心的发射器和接收器集合222优选采用在逐个电缆的基础上定制的依赖于电缆的均衡参数。依赖于电缆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3A的说明性电缆可以是如图3B的架构图中所示的两个主机设备302、304之间的点对点通信链路的部分。图3B示出了使用用于开放式系统互连的ISO/IEC模型(参见ISO/IEC 7498-1：1994.1)的架构，以用于通过诸如由信道306表示的双轴导体对的物理介质上的通信。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现。虽然这不是要求，但预期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，而较低层可被实现为专用硬件。
应用层308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310向此类应用提供一组应用编程接口(API)(其提供形式语法以及用于数据变换(例如，压缩)的服务)，从而建立通信会话、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312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，会话层可仅仅在会话地址和传输地址之间进行映射。
传输层314为多路复用、端到端序列控制、错误检测、分段、分块(blocking)、级联、各个连接上的流控制(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314的重点是端到端性能/行为。网络层316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此类链路耦合在一起。数据链路层318充当到物理连接的接口，提供跨物理连接的定界、同步、序列和流控制。它也可以检测并任选地校正跨物理连接发生的错误。物理层322提供机械、电、功能和程序手段来激活、维持和去激活信道306，并使用信道306以用于跨物理介质的比特传输。
数据链路层318和物理层322通过IEEE标准802.3-2015被稍微细分和修改，IEEE标准802.3-2015在数据链路层318中提供媒体访问控制(MAC)子层320以定义与物理层322的接口，包括帧结构和传输语法。在物理层322内，该标准提供了诸如图3B中所示的细分之类的各种可能的细分，其包括任选的调解子层324、物理编码子层(PCS)326、前向纠错(FEC)子层328、物理介质附件(PMA)子层330、物理介质从属(PMD)子层332和自动协商(AN)子层334。
任选的调解子层324仅仅在为MAC子层320和PCS子层326定义的接口之间映射。PCS子层326提供加扰/解扰、数据编码/解码(具有能够实现时钟恢复和比特错误检测的传输码)、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322的部件实现比特误码率估计，PCS对准标记典型地包括从通道中的直到并包括先前PCS对准标记的先前比特导出的比特交叉奇偶校验(BIP)值。
FEC子层328提供例如Reed-Solomon编码/解码，其跨通道分布具有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IEEE标准802.3的第91条或提出的第134条)，FEC子层328修改通道的数量(第91条提供20到4通道转换)。
PMA子层330提供通道重新映射、码元编码/解码、成帧(framing)和八位位组/码元同步。PMD子层332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。任选的AN子层334被示为PMD子层332的内部元件，并且其实现通信信道的初始启动，从而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336还被示为PMD子层332中表示物理网络接口端口的部分。
连接器100、101具有插头200、201，插头200、201与两个主机设备302、304的插座336配合。在每个连接器内，DRR设备可实现面向主机的物理层322A、面向中心的物理层322B、以及将两个物理层桥接在一起的数据链路层340。在一些实施例中，每个连接器内的内部子层中的一个或多个(例如，FEC、PCS、调解、MAC)被整体绕过或省略，以降低面积要求和/或降低功率。关于子层的操作的更多信息以及节点与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、信号电压和时序)、以及通信介质本身的电气和物理规范(例如，铜电缆中的导体布置、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，并且任何这样的细节都应该被认为是在本领域普通技术人员的知识范围内。
MAC、调解、PCS、FEC、PMA和PMD子层可被实现为专用集成电路，以实现高速率处理和数据传输。接收器集合220和发射器集合222可实现PMA和PMD子层。图4和图5是说明性接收器和说明性发射器的框图，该说明性接收器和说明性发射器可以是集合220、222的成员。
在图4中，接收器400接收模拟电信号(CH_IN)并将其提供给任选的低噪声放大器(LNA)401。如果被包括，则LNA 401提供高输入阻抗以使信道负载最小化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402的输入。CTLE滤波器402提供连续时间滤波以对信号频谱进行整形，从而减小信道脉冲响应的长度，同时使前导码元间干扰(ISI)最小化。可以使用数字前馈均衡(FFE)滤波器403来增强CTLE滤波器402的性能。决策反馈均衡器(DFE)404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比特或码元，由此产生经解调的数字数据流。一些接收器实施例在FFE 403和DFE 404中采用过采样。时钟和数据恢复(CDR)电路405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 404以控制样本和码元检测定时。串并转换电路406将数字数据流比特或码元分组为块，以使得随后的片上操作能够使用较低的时钟速率。码元或数据块被放置在数字接收总线(RXD)上，以便重新调制并由发射器发送到信道的远端。
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在于2017年3月8日提交的题为“Ethernet link extension method and device(以太网链路扩展方法和设备)”的PCT/CN2017/075961中所描述的那样实现自动协商。检测器或分组信息提取器408针对自动协商阶段的结束和/或训练阶段帧的开始来监视接收信号。不论自动协商是否得到支持，训练阶段可在制造过程期间被执行，以设置用于完成的电缆的均衡参数的初始值。
在训练阶段期间，滤波器适配电路407测量DFE 404中的决策元件的输入和输出之间的误差，从而根据来自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402、FFE滤波器403、DFE 404和发射滤波器506中的系数的调整(下文进一步讨论)，并确定是否已实现收敛。适配电路407调整元件402-404的系数值并输出本地生成的信息(LOCAL_INFO)，这包括发射滤波器系数调整和收敛状态。在系统支持使用反向信道的情况下，LOCAL_INFO被提供给以反向方向在数据通道上进行通信的本地收发器500。本地收发器经由反向信道将发射滤波器调整和收敛状态传送至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408检测反向信道信息(BACK_INFO)并将其传递至本地发射器500。如下文进一步讨论，在没有反向信道的情况下，可经由主机接口将LOCAL_INFO传送至测试装置。一旦实现收敛，接收器400就准备好开始正常操作。
在图5中，发射器500接收信道比特或码元的块，以便传输至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)的信道比特或码元的块提供给并行到串行(P2S)电路504。P2S电路将这些块转换为数字数据流。发射滤波器506(也被称为预均衡滤波器)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信道输出(CH_OUT)节点。
当前的IEEE标准在发射滤波器中提供高达四个抽头，但是至少一些预期的电缆实施例在发射滤波器中采用高达30个或更多个抽头。此种“长抽头(long-tap)”滤波器提供充分的均衡以供接收器使FFE滤波器最小化或者甚至消除FFE滤波器并实现显著的功率节省。
如果得到支持，则自动协商阶段可如Y.Dai等人所阐述的那样被实现。在训练阶段期间，多路复用器502阻挡来自TXD总线的信息，替代地向P2S电路504供应来自训练控制器510的训练帧。训练控制器510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。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510也可拖延训练阶段以跨通道和沿着信道的每个链路来协调训练阶段定时。训练帧包括由当前以太网标准(IEEE标准802.3)的相关部分指定的训练序列。
训练控制器510进一步接受由本地接收器400从所接收的由本地端节点发送的训练帧中提取的反向信道信息(BACK_INFO)。训练控制器将对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。
在说明性实现方式的前述上下文内，我们现在返回至图3A的框图。连接器200、DRR设备202、MCU设备206和双通道旁路开关210可被安装至桨状卡，即，被包封在连接器主体中的印刷电路卡。连接器200可以是符合例如SFP、SFP-DD、QSFP、QSFP-DD、OSFP之类的可插拔模块标准中的任一者的可插拔模块。这些标准中的大部分包括使得主机能够经由主机总线来监视、调试或控制可插拔模块的双线接口(典型地，I2C总线)。双线接口协议是主从协议，其中，预期主机是总线主并且预期模块是从。MCU设备206作为I2C总线从进行操作，以与主机侧的I2C总线主进行通信。
MCU设备206嵌入式闪存207中所存储的启动代码和固件来处置通电过程并协调包括DRR设备、开关210和功率管理芯片(未示出)的其他桨状卡的操作。DRR设备本身包括协调其他片上部件的操作的嵌入式控制器228，除此之外，该嵌入式控制器228还提供通道控制和接收器中的滤波器系数的适配。嵌入式控制器228经由高速内部总线访问寄存器208，而MCU设备206经由诸如I2C总线或MDIO接口协议之类的双线接口来访问这些寄存器208。嵌入式控制器228和MCU设备206可以通过读取和写入寄存器字段来相应地交换数据。
为了开发和调试电缆电子设备的操作，期望主机具有对所有SerDes参数的访问，这些SerDes参数包括DRR设备的每个面向主机和面向中心的接口通道的发射滤波器和接收滤波器的系数、噪声和误差统计(包括均衡误差、定时误差、码元误差率、以及分组损失率)、链路事件日志、以及缓冲器内容。然而，如果DRR设备需要经由寄存器与MCU通信并且MCU随后需要将数据传送至主机，则传送该信息所要求的时间过高。
相应地，每个连接器被提供有数个特征来促进调试，以加速对DRR设备的主机访问并增强电缆的通信性能。这些特征包括：发射滤波器预训练、经加速的调试数据捕捉以及MCU旁路开关。这些特征各自参考图6的流程图进行描述。
图6示出了说明性的电缆制造方法。该方法开始于框602，在框602中，将电缆电绳中的导体对的端部电连接至桨状卡，并且更具体地，电连接至第一DRR设备和第二DRR设备的面向中心的接口。该连接可由将线端部焊接至桨状卡(DRR设备被安装在其上)上的焊盘的自动化装备完成。在框604中，装备将每个桨状卡封装在用于网络电缆的相应端部连接器中。如先前所提到，端部连接器可以是例如SFP、SFP-DD、QSFP、QSFP-DD或QSFP可插拔模块。端部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606中，装备对电缆进行测试以验证是否符合性能规范并确定依赖于电缆的均衡参数以供面向中心的发射器和接收器集合222使用。该测试通过将每个电缆的端部连接器插接到自动化测试装备(ATE)的对应端口中来执行。当连接器接收功率时，MCU芯片从诸如内部闪存之类的非易失性存储器检取用于其自身的固件代码，执行该固件代码以协调其他连接器部件的启动和操作。内部闪存可进一步包括用于DRR设备的嵌入式控制器的固件，并且如果如此，则MCU芯片经由诸如I2C或MDIO之类的双线总线将该固件传送至嵌入式控制器。在一些预期的实施例中，双线总线支持I2C协议和更快速的MDIO协议两者，并且DRR设备按需求从一种协议切换至另一种协议。一旦固件已经被加载，则MCU芯片指令嵌入式控制器执行该固件。一旦MCU芯片和DRR设备两者都在工作，则端部连接器如先前在上文中所描述地操作。
信道估计和均衡是高带宽通信的关键要素。尽管面向主机的发射器和接收器仅需要应对可忽略的信号失真，但是面向中心的发射器和接收器一般将不得不适应严重的信号衰减和失真。如参考图4所描述，可使用CTLE、FFE和DFE元件的组合在接收器中执行均衡化。尽管此类均衡化是非常有效的，但是具有严重信号失真的信号可要求在FFE滤波器和DFE反馈滤波器中使用许多滤波器抽头(和系数)，导致过高水平的功耗和损耗。使用发射器均衡滤波器(又称为预均衡、预失真或预整形)使得能够在接收滤波器中使用远远更少的抽头，从而潜在地使FFE滤波器能够整体地被省略。尽管在发射器中实现了附加的滤波器抽头，但是净结果是由于包括避免通常与接收器侧均衡相关联的噪声增强和具有减小的位宽的数字滤波在内的数个因素而实现了功耗水平的显著降低。
在框606中，DRR设备将它们的发射和接收滤波器参数设置为初始默认值。当通信链路被建立时，面向中心的发射和接收器可任选地参与训练阶段以对滤波器系数值进行适配。替代地或附加地，自动化测试装备可开始发射和接收诸如例如伪随机二进制序列(PRBS)之类的训练模式，实现任选的对滤波器系数的适配。作为又一替代或附加方案，可在自动化测试装备将所收集的误差测量与训练模式相关时维持滤波器系数值，以估计残余的码间干扰(ISI)。可以将此类残余ISI估计与滤波器系数设置的指示组合，以直接或迭代地确定最佳发射和接收滤波器系数值。
在框608中，自动化测试器装备“烧录(burn)”闪存或者以其他方式将滤波器系数的初始默认值编程为是框606中标识的最佳值。DRR设备与ATE之间的通信(例如，用于收集信道估计信息并细化默认系数值)经由被内置到连接器插头的引脚中的双线接口发生。优选地，双线接口支持公知的I2C协议，以用于使接受度最大化。然而，I2C协议可能被限制到1MHz的最大时钟速率，从而限制信息收集过程的带宽并拖延ATE确定和编程最佳滤波器系数值所要求的时间。相应地，至少一个预期的实施例还支持使用MDIO接口协议，该MDIO接口协议可以采用高达至少10MHz的时钟速率，从而显著地减少由ATE要求的时间。ATE可使用I2C协议建立与MCU芯片的初始通信，随后，ATE和MCU芯片可在信道表征和固件编程持续期间协调到更快速的MDIO协议的动态切换。
双线接口使得ATE能够与MCU芯片进行通信，并且任选地，双线接口依赖于MCU芯片来访问DRR设备寄存器。该两个步骤的过程可拖延测试和调试操作的持续时间。为了使ATE能够获得对DRR设备的直接访问，至少一些预期的实施例包括旁路开关210。ATE初始地建立与MCU芯片206的通信并且指令MCU芯片206闭合旁路开关210，从而将从连接器插头开始的双线总线缩短为从DRR设备开始的双线总线。MCU设备206可继续监视总线，以检测ATE何时希望终止旁路操作。旁路开关优选地是模拟开关，但其他开关实现方式也将是合适的。
在一些实施例中，在使用I2C协议的初始链接期间，ATE与MCU通信。ATE向MCU中的特定地址写入以启用调试模式，使得MCU闭合旁路开关并启用ATE与DRR设备之间的直接通信。在此时刻，ATE可切换到MDIO协议来与DRR设备进行通信，以利用速度增强。在诸如现场调试之类的其他情形下，主机可能不支持使用MDIO协议并且可继续采用I2C来用于与DRR设备的通信。
一旦滤波器系数值已经被编程，则电缆制造过程在名义上是完成的。然而，在实践中，期望验证电缆的适当的操作，并且在检测到任何故障的情况下，期望对该故障的潜在原因进行调试。相应地，所图示的方法包括框610，其中，电缆被手动地或电气地“拔出”并“重新插接”到相同或不同的插座中以重启电缆硬件。作为重启的部分，滤波器系数被设置为来自闪存的它们的默认值。ATE对电缆应用测试数据序列以验证适当的操作。如果未检测到错误(诸如例如，不足的信号裕度、过大的码元错误率、丢失分组、或链路故障)，则电缆操作被验证并且过程完成。然后可以将电缆封装并出售给期望稳健性能的客户。
另一方面，如果在该点处检测到错误，或者任选地，如果稍后在该字段中检测到这些错误，则ATE或主机可在框612中触发调试转储。ATE或主机使用双线总线来写入MCU芯片中的寄存器，以发起调试转储。在接收到转储命令之后，MCU芯片可通过写入DRR设备中相关联的寄存器来触发对嵌入式控制器的中断。该中断使得嵌入式控制器捕捉存储器中所有的serdes参数。这些serdes参数可包括例如，链路状态、频率偏移、信号裕度(也称为眼睛高度)。
由于DRR设备中的存储器主要是易失性存储器(SRAM)，因此DRR设备在框614中向寄存器逐字地写入所捕捉的信息，使得ATE或主机能够经由双线总线来检取所捕捉的信息和/或使得MCU芯片能够读取该信息并将该信息存储在非易失性存储器(缓存)中。如果使用后一选项，可能在主机缺少用于解析和分析调试转储的设施的领域中，则电缆稍后可以被插接到从非易失性存储器检取所捕捉的信息的自动化测试装备中。
在框616中，ATE向计算机提供所捕捉的信息，该所捕捉的信息使得工程师能够分析调试转储以标识故障的(多个)原因。在知道这些原因的情况下，工程师可以通过重新训练滤波器、通过更新固件和/或通过调整硬件设计来校正缺陷。
这些技术大幅地减少了ATE充当主机的情况下制造设施中的测试时间。它们还可以加速对ATE或者还对客户交换机的调试过程。
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 (20)

1.一种电缆制造方法，所述方法包括：
将第一端部连接器插头连接到第一数据恢复和重新调制DRR设备并连接到第一控制器设备，所述第一端部连接器插头具有：
一组专用引脚，用于在所述第一DRR设备和第一主机接口端口之间传送多通道数据流；以及
用于在所述第一主机接口端口和第一控制器设备之间传送通信的双线命令总线的附加引脚，所述第一控制器设备可操作用于经由双线配置总线来配置所述第一DRR设备；以及
提供旁路开关，所述旁路开关在所述第一控制器设备的控制下操作以将所述命令总线与所述配置总线合并，从而使得能够通过所述第一主机接口端口直接访问所述配置总线。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
将电信号导体耦合到所述第一DRR设备以传送去往和来自第二DRR设备的电传输信号，所述第二DRR设备被连接到第二端部连接器插头，以用于在所述第二DRR设备和第二主机接口端口之间传送多通道数据流，所述第一DRR设备可操作用于在所述电传输信号和所述第一主机接口端口的所述多通道数据流之间进行转换，并且所述第二DRR设备可操作用于在所述电传输信号和所述第二主机接口端口的所述多通道数据流之间进行转换。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：提供第二旁路开关，所述第二旁路开关在第二控制器设备的控制下操作以将第二命令总线与第二配置总线合并，以使得所述第二DRR设备与所述第二主机接口端口之间能够直接通信。
4.如权利要求2所述的方法，进一步包括：将所述第一端部连接器插头和所述第二端部连接器插头插入自动测试设备ATE上的相应的第一主机接口端口和第二主机接口端口中，所述ATE提供多通道数据流以用于训练所述第一DRR设备和所述第二DRR设备中的均衡器。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述ATE配置所述第一控制器设备以提供所述ATE和所述第一DRR设备之间的直接通信，并配置第二控制器设备以提供所述ATE和所述第二DRR设备之间的直接通信。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述ATE使用I2C总线协议与所述第一控制器设备和所述第二控制器设备通信，并使用MDIO总线协议与所述第一DRR设备和所述第二DRR设备通信。
7.如权利要求5所述的方法，进一步包括：经由所合并的总线与所述第一DRR设备和所述第二DRR设备进行通信以优化均衡滤波器系数值。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：经由所述命令总线与所述第一控制器设备和所述第二控制器设备进行通信以编程所述均衡滤波器系数的默认值。
9.一种电缆，包括：
第一端部连接器，包括：
第一数据恢复和重新调制DRR设备；
第一控制器设备，所述第一控制器设备经由双线配置总线耦合到所述第一DRR设备；
第一端部连接器插头，所述第一端部连接器插头连接到所述第一数据恢复和重新调制DRR设备和所述第一控制器设备，所述第一端部连接器插头具有专用引脚，用于在所述第一DRR设备和第一主机接口端口之间传送多通道数据流，以及用于所述第一主机接口端口和所述第一控制器设备之间的命令总线的两个引脚；以及
旁路开关，所述旁路开关在所述第一控制器设备的控制下操作以将所述命令总线与所述配置总线合并，从而使得能够通过所述第一主机接口端口直接访问所述配置总线。
10.如权利要求9所述的电缆，进一步包括：
第二端部连接器，包括：
第二数据恢复和重新调制DRR设备；
第二控制器设备，所述第二控制器设备经由第二配置总线耦合到所述第一DRR设备；
第二端部连接器插头，所述第二端部连接器插头具有专用引脚，用于在所述第二DRR设备和第二主机接口端口之间传送多通道数据流，以及用于在所述第二主机接口端口和所述第二控制器设备之间的第二命令总线的两个引脚；以及
第二旁路开关，所述第二旁路开关在所述第二控制器设备的控制下操作以将所述第二命令总线与所述第二配置总线合并，从而使得能够通过所述第二主机接口端口直接访问所述第二配置总线。
11.如权利要求10所述的电缆，进一步包括：电信号导体，所述电信号导体在所述第一DRR设备和所述第二DRR设备之间传送电传输信号，所述第一DRR设备和所述第二DRR设备在所述电传输信号和所述多通道数据流之间进行转换。
12.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述旁路开关是模拟开关。
13.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述第一控制器设备采用I2C协议以用于在所述命令总线上进行通信，并且其中所述第一DRR设备采用MDIO协议以用于在所述配置总线上进行通信。
14.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述第一控制器设备能操作以响应于通电事件而使用来自非易失性存储器的内容来配置所述第一DRR设备。
15.如权利要求14所述的电缆，其特征在于，所述内容包括所述第一DRR设备中的均衡滤波器系数的默认值。
16.一种电缆测试方法，包括：
经由第一端部连接器插头向电缆的第一端部连接器供应功率，所述第一端部连接器具有第一数据恢复和重新调制DRR设备并且进一步具有第一控制器设备，所述第一DRR设备连接至所述第一端部连接器插头以将传出数据通道转换为电传输信号以供传输至第二端部连接器并将从所述第二端部连接器接收的电传输信号转换为传入数据通道，所述第一控制器设备经由双线配置总线而配置所述第一DRR设备的操作；
在发送所述传出数据通道和接收传入数据通道的同时针对分组丢失或链路故障监视所述传入数据通道；以及
经由所述第一端部连接器插头中的命令总线引脚发送命令，所述命令指令所述第一控制器设备将所述命令总线引脚电连接到所述双线配置总线。
17.如权利要求16所述的电缆测试方法，其特征在于，所述第一控制器设备控制将所述命令总线合并到所述配置总线的模拟开关。
18.如权利要求16所述的电缆测试方法，其特征在于，使用I2C总线协议发送所述命令。
19.如权利要求18所述的电缆测试方法，进一步包括：使用MDIO总线协议经由所合并的命令总线和配置总线访问所述DRR设备。
20.如权利要求16所述的电缆测试方法，进一步包括：直接查询所述DRR设备以确定链路状态、频率偏移、和信号裕度。
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