CN1688116B - 一种多差分线对电缆组件的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于多差分线对电缆组件检测的装置，包括N块光业务盘，1台光误码仪，1台PC机，1块连接背板，本发明还提供了一种用于多差分线对电缆组件检测的方法，使被测电缆组件与连接背板中的连接器插座A、B相连；观察光误码仪的比特误码显示，持续一段时间；如果无误码仪无比特误码出现，表明被测电缆组件的传输特性满足要求。本发明避免了高额开支；本发明检测装置的电路简单，成本低，省时省力；而且本发明的检测装置针对电缆组件设计，连接十分方便。

Description

一种多差分线对电缆组件的检测方法

技术领域

本发明所属技术领域为数字光纤通信，提供一种用于数字光纤通信设备内部互联的多差分线对电缆组件的检测方法和装置。

背景技术

随着通信技术的进步与发展，电信传输已经完成了以语音业务为主到以数据业务为主的转变，尤其是近年来IP业务的超常规发展，使得在以光纤通信为主要手段的电信传输中对高速率大容量传输设备的需求越来越迫切。这种需求具体表现为：在城域网的骨干节点上要求光传输设备的交叉容量为几十Gb/s至几百Gb/s级，在长途骨干节点上要求光传输设备的交叉容量达到几百Gb/s甚至Tb/s级。

提高传输设备容量的手段无外乎采用提高单信道速率或增加通道数量的方法，或者两种方法同时采用，但无论采用哪种方法，首先都是以提高系统内部处理数字信号速率为基础的。十年前数字光纤通信系统内部处理的信号总线速率仅为19Mb/s或38Mb/s，而现在的总线速率已经达到622Mb/s或2.5Gb/s甚至更高。以目前的系统总线技术和微电子技术，如要在一块PCB背板上面构建几十Gb/s至几百Gb/s级的交叉节点设备，通过努力可以实现。但是，若要在一块PCB背板上面构建Tb/s级的交叉节点设备，即便是采用2.5Gb/s的总线速率，受体积、散热、机盘数量等诸多因素的制约，以目前的技术条件，其实现是非常困难的。

如上所述，在现有的技术条件下，Tb/s级交叉容量的节点设备只能由分布在多个机框里的不同PCB背板通过信号互联共同实现。不同背板间的信号(一般为2.5Gb/s或以上)通常采用的互联方式有2种：一种是通过高速差分电缆，另一种是通过光纤收发模块。目前，在目前的数字光纤通信系统设备中，如果采用由主流集成电路厂商提供的芯片，大多数已经在芯片中为多块PCB背板之间高速信号(通常为622Mb/s、2.5Gb/s等速率)设计了采用高速差分电缆进行互联的接口电路，并且这些接口电路性能十分完备，包括发送信号预加重可选择和接收信号均衡可选择等，这就使得系统设计者在采用高速差分电缆进行信号互联并构建Tb/s级交叉容量节点设备时变得相对方便，同时也使系统的制造成本降低(相对采用光纤收发模块进行PCB之间的互联)。

尽管采用了2.5Gb/s这样高的速率实现不同PCB之间的互联，但对于T比特级容量的大型节点设备，互联电缆的数量仍然非常之大。以1.28Tb/s交叉容量的节点设备为例，每个差分线对传送一个差分信号，互联用的差分线对多达4096个，如此大量的信号互联，如果采用单个差分线对电缆的方式连接是不可取的，因为这样一是体积过于庞大而难以实现，二是连接费时费力并且容易出错。为了解决这些问题，人们采取了这样一种办法：将4N个差分线对放在同一电缆护套内，构成多差分线对高速电缆组件，N的数值一般为4～8，电缆组件内的差分线对数量依据应用需要和制作条件的不同可以分为16个、20个、32个不等。

采用多差分线对电缆组件后，使得PCB之间的信号互联变得既相对容易又缩小了体积，而且减少了电缆互联时出错的机率。但是尽管如此，在实际工程应用中，为了判定电缆组件的可用性或者说质量，对多差分对电缆组件传输特性的检测却成了一件既十分必要又十分困难的工作。

先分析必要性：对于1.28Tb/s交叉容量的节点设备，即便采用16个差分线对的电缆组件进行不同PCB背板之间的互联，电缆的总数仍然有256根，这些电缆本身在布放时就比较复杂和困难，如果在布放完毕后发现其中部分电缆传输特性有缺陷，再来查找有问题的电缆和重新布放电缆将是非常困难的。因此，对于设备中使用的电缆，即便电缆生产厂家进行了测试，但从工程应用的角度出发，系统设备生产商仍然有必要对电缆质量进行检测，以确认其工程应用合格性，保证接在不同PCB背板之间的电缆组件满足使用要求。

再分析困难：电缆组件的长度虽然只有2-5米，但传输的数字信号速率高达2.5Gb/s，属于高速传输线，对电缆的传输特性要求比较高，因此必须对电缆进行传输特性方面的多项指标测试，通常这些指标主要有：衰耗频率特性、特性阻抗频率特性、差分线对的长度不一致性。但是要完成这样的测试工作存在的困难是：测试电缆组件传输特性指标所需仪表的价格非常昂贵，很多时候这些测试仪表根本难以齐备；要对256根电缆组件的16个差分线对一一进行以上指标测试，工作量非常巨大；被测电缆组件与测试仪表的信号连接也不是一件容易事情。

综上所述，存在这样一种需求：有一种检测方法和装置，通过该方法和装置可以比较方便地完成对多差分对电缆组件的检测，从而判断被测电缆组件的传输特性是否满足工程应用要求。

本发明要解决的技术问题：提供一种多差分线对电缆组件的检测方法和装置，通过该方法和装置可以方便地对多差分线对电缆组件进行检测，判断被测电缆组件的传输特性是否满足工程应用要求。

从传输理论的角度看，电缆或电缆组件作为有线传输介质，其最基本的要求是将所传输的信号以尽可能小的失真(包括幅度失真和相位失真)从信号发送端传递到接收端，以便接收端正确的识别或还原信号。对于应用在大容量光传输设备内部实现信号互联的多差分线对电缆组件，其各项传输特性指标的最终目的也就是为了保证所连接的数字电信号从源端到宿端没有比特误码。即便是依据最一般的电路理论进行分析，也可以得出电缆组件的传输特性指标(包括衰耗频率特性、特性阻抗频率特性、差分线对的长度等)好坏与其用于信号互联后系统设备表现出的比特误码之间存在一定因果关系的结论，这种因果关系可以表述为：如果电缆组件的传输特性指标合格，并且其所应用的系统其它各部分工作正常，系统应当表现为无比特误码；如果电缆组件的传输特性指标不合格，即便其所应用的系统其它各部分工作正常，系统也将会表现为有比特误码。

基于上述原理，既然测试电缆组件传输特性的各项指标十分困难，那么可以设计一个装置，让电缆组件在该装置里的工作环境与电缆组件的实际应用环境一致，通过测试电缆组件在该装置中传输高速数字信号时比特误码特性的方法，间接地判断被测电缆组件传输特性是否满足工程应用要求。

发明内容

本发明提供了一种用于多差分线对电缆组件检测的方法，包括步骤：(a)将具有4N个差分线对的被测电缆组件的A、B端分别与连接背板中的连接器插座A、B相连；(b)将N块10Gb/s光业务盘分别与连接背板中的连接器插座1、2，…，N相连；(c)让误码仪的10Gb/s光发送信号经过光纤进入第1块10Gb/s光业务盘的R端口，即光信号输入口；(d)第1块10Gb/s光业务盘将输入光信号变为第1组4路2.5Gb/s差分电信号后通过连接器插座1进入连接背板；(e)由连接器插座1进入背板的4路2.5Gb/s差分电信号通过背板上的第1个4路微带差分线对组和连接器插座A进入被测电缆组件的第1个4路差分线对组传输到达电缆组件的B端；(f)在电缆组件B端，由电缆组件的第1个4路差分线对组传输的4路2.5Gb/s差分电信号通过连接器插座B回到连接背板，通过连接背板上的第2个4路微带差分线对组到达连接器插座1，至此，第1组4路2.5Gb/s差分电信号环回到第1块10Gb/s光业务盘；(g)第1块10Gb/s光业务盘把收到的第1组4路2.5Gb/s差分电信号还原为1路10Gb/s光信号输出到本盘的T端口，即光信号输出口；(h)将第1块10Gb/s光业务盘的T端口通过光纤连接到第2块10Gb/s光业务盘R端口；(i)以与上一步相同的方法将每块10Gb/s光业务盘的T端口和相邻光业务盘的R端口通过光纤串联起来，即第1块10Gb/s光业务盘的T端口连到第2块10Gb/s光业务盘的R端口，第2块10Gb/s光业务盘的T端口连到第3块10Gb/s光业务盘的R端口，…，第N-1块10Gb/s光业务盘的T端口连到第N块10Gb/s光业务盘的R端口；(j)将第N块10Gb/s光业务盘T端口输出的10Gb/s光信号通过光纤连到误码仪光输入口，这样N块10Gb/s光业务盘的光输入和光输出信号全部串联在10Gb/s光误码仪的光输出口和光输入口之间；(k)每块10Gb/s光业务盘都完成一次1路10Gb/s光信号到4路2.5Gb/s差分电信号的变换及其反变换，第X(1≤X≤N)块光业务盘的4路2.5Gb/s差分电信号环回的传输路径为：连接器插座X→连接背板的第2X-1个4路微带差分线对组→连接器插座A→被测电缆组件的第X个4路差分线对组→连接器插座B→连接背板的第2X个4路微带差分线对组→连接器插座X，上述路径表明，每一块光业务盘的4路差分电信号在被测电缆组件中都独立占用一个4路差分线对组，N块光业务盘的4N路2.5Gb/s差分电信号共占用4N个差分线对；(l)观察光误码仪的比特误码显示，如果光误码仪持续一段时间无比特误码出现，表明被测电缆组件的传输特性满足传输2.5Gb/s差分电信号的应用要求。

采用本发明方法测试1根电缆组件一般只需2分钟，而用传统测试方法测试同样的电缆组件花费的时间至少多出30倍以上。

附图说明

图1多差分线对电缆组件检测装置原理框图；

图2多差分线对电缆组件检测装置信号环回图；

图316差分线对电缆组件检测装置原理框图。

具体实施方式

反映本发明技术方案的原理框图参见图1。

图1为多差分线对电缆组件检测装置原理框图，被测试的电缆组件具有4N个差分线对。该装置主要由1块连接背板、N块10Gb/s光业务盘、1台10Gb/s光误码仪、1台PC机组成。由于光业务盘、10Gb/s光误码仪、PC机均直接利用现有资源，所以本检测装置主要的开发工作是提供1块连接背板和1块具有4N个微带差分线对的信号环回板，其中信号环回板用于检测装置的校准。注意，图1中连接背板中编号为1-N的连接器插座均具有通过8路2.5Gb/s差分信号的容量，而编号为A和B的连接器插座均具有通过4N路2.5Gb/s差分信号的容量，图中将连接器1-N的插头与插座分开画的目的是为看图时方便理解连接器中通过的信号种类与数量。连接背板所起的作用是：通过背板连接器把每块10Gb/s光业务盘输出的4路2.5Gb/s电信号输入到被测的电缆组件A端，然后通过背板连接器再将电缆组件B端输出的4N路2.5Gb/s电信号回送到每块10Gb/s光业务盘的4路2.5Gb/s电信号输入端；连接背板中的时钟与控制部分向每块10Gb/s光业务盘提供工作时钟和相关控制信号，同时为PC机实现对每块10Gb/s光业务盘的配置提供以太网连接端口。

图1中，光信号从1#10Gb/s光业务盘进入到最后光信号从1#10Gb/s光业务盘输出的传输路径为：光误码仪的10Gb/s光信号发进入1#10Gb/s光业务盘R端口(10Gb/s光业务盘R端口指该盘的光信号输入口)→光业务盘将光信号变为4×2.5Gb/s发送电信号后通过连接器1进入连接背板→通过连接背板上的4个微带差分线对和连接器A进入被测电缆组件的4个差分线对→电缆组件的4个差分输出信号通过连接器B回到连接背板→通过连接背板上的4个微带差分线对到达连接器1并作为4×2.5Gb/s接收电信号回到1#10Gb/s光业务盘→光业务盘把4×2.5Gb/s接收电信号还原为光信号并输出到10Gb/s光业务盘的T端口(10Gb/s光业务盘T端口指该盘的光信号输出口)。

由图1可以看出，光信号经过2#-N#10Gb/s光业务盘的信号传输路径与1#10Gb/s光业务盘类似，只不过每个4×2.5Gb/s发送电信号进入被测电缆组件时占用的是不相同的4个差分线对。由于N块光业务盘的光信号是串联在光误码仪的光发送和光接收之间的，因此如果观察误码仪持续一段时间(一般2分钟即可)无比特误码，即可认为加有4N路2.5Gb/s数字电信号的多差分线对电缆组件的传输特性是满足工程应用要求的。

图1的测试方案针对具有4的整数倍的差分线对电缆组件设计，因为实际应用的电缆组件通常为16或20个差分线对。如果出现非4的整数倍的差分线对电缆组件需要测试，例如14个差分线对，这时测试方案可以采用4块10Gb/s光业务盘，让16路2.5Gb/sd电信号中的14路经过测试电缆，另外2路直接经过连接背板上的微带差分线对回到光业务盘即可。

如果要求测试电缆组件通过的差分电信号为其它速率，例如622Mb/s，可以将10Gb/s光误码仪和10Gb/s光业务盘分别换成2.5Gb/s光误码仪和2.5Gb/s光业务盘，这时2.5Gb/s光业务盘送到连接背板和被测电缆组件的4路差分电信号速率即为622Mb/s。

采用图1中的检测装置进行电缆组件检测前应当进行校准，步骤如下：

1)按照图2所示连接检测装置各部分，将校准用的信号环回板与连接背板相连，信号环回板上设计有4N个微带差分线对，通过这些微带差分线对，可以将4N路差分信号从连接器A环回到连接器B；

2)检测无误后各部分加电(包括交流220V和直流-48V)，无顺序要求；

3)设置10Gb/s光误码仪工作在误码计数状态，信号中的64个VC-4处于级联状态；

4)用PC机配置N块10Gb/s光业务盘，让信号中的64个VC-4处于透明传输状态；

5)观察10Gb/s光误码仪的比特误码显示，持续时间15分钟；

6)如果10Gb/s光误码仪无比特误码出现，表明检测装置工作正常，校准完毕。

校准完毕后，采用本发明检测装置进行电缆组件检测的步骤如下：

1)将信号环回板换成被测电缆组件与连接背板相连，检测装置连接如图1所示；

2)观察10Gb/s光误码仪的比特误码显示，持续时间2分钟；

3)如果10Gb/s光误码仪无比特误码出现，表明被测电缆组件的传输特性满足工程应用要求，测试完毕。

本发明的实施案例见图3。

图3为用于16差分线对电缆组件的检测装置原理框图，该装置主要由1块连接背板、2块10Gb/s光业务盘、1台10Gb/s光误码仪、1台PC机组成。本检测装置主要的开发工作只需提供1块连接背板和1块具有16个微带差分线对的信号环回板，其余直接利用已有资源。注意，图中连接背板上面的4个连接器插座1、2、A、B均具有通过16路2.5Gb/s差分信号的容量，图中将连接器1-2的插头与插座分开画的目的是为看图时方便理解连接器中通过的信号种类与数量。图中连接背板所起的作用是：通过背板连接器把2块10Gb/s光业务盘输出的共16路2.5Gb/s(主用和备用各8路)电信号输入到被测的电缆组件A端，然后通过背板连接器再将电缆组件输出的16路2.5Gb/s电信号回送到2块10Gb/s光业务盘的16路2.5Gb/s电信号输入端；图中的时钟与控制部分向2块10Gb/s光业务盘提供工作时钟和相关控制信号，同时为PC机实现对2块10Gb/s光业务盘的配置提供以太网连接端口。

实际测试中，光信号从1#10Gb/s光业务盘进入到最后光信号从1#10Gb/s光业务盘输出的传输路径为：光误码仪的10Gb/s光信号发进入1#10Gb/s光业务盘R端口→该盘将光信号变为主用4×2.5Gb/s发送电信号后通过连接器1进入连接背板→通过连接背板上的4个微带差分线对和连接器A进入被测电缆组件A端的4个差分线对→电缆组件B端的4个差分输出信号通过连接器B回到连接背板，通过连接背板上的4个微带差分线对到达连接器1并作为主用4×2.5Gb/s接收电信号回到1#10Gb/s光业务盘→光业务盘把主用4×2.5Gb/s接收电信号还原为10Gb/s光信号输出到1#10Gb/s光业务盘的T端口。

由图3可以看出，光信号经过2#10Gb/s光业务盘的信号传输路径与1#10Gb/s光业务盘的类似，只不过2#10Gb/s光业务盘的4×2.5Gb/s电信号经过被测电缆组件时占用的是另外4个差分线对。由于2块光业务盘的光信号是串联在光误码仪的光发送和光接收之间的，因此如果观察误码仪维持2分钟无比特误码，即可认为加有2.5Gb/s数字电信号的8个差分线对其传输特性是满足工程应用要求的。

用PC机的以太网口配置2块10Gb/s光业务盘，通过软件配置选择备用的8路2.5Gb/s电信号(占用被测电缆组件的另外8个差分线对)经过2块10Gb/s光业务盘进行观察，一般情况下，只要误码仪维持2分钟无比特误码，即可认为另外8个差分线对的传输特性是满足工程应用要求的。如果全部主用和备用共16路2.5Gb/s电信号经过电缆组件时光误码仪都无比特误码，即可认为被测试的16差分线对电缆组件其传输特性是满足工程应用要求的。

采用图3所示的检测装置，只需4分钟时间就可方便地完成一根16差分线对电缆组件可用与否的检测。由于同时利用了2块光业务盘的主用4路和备用4路2.5Gb/s信号，使原本需要4块光业务盘的检测装置(如果按照图1的方案)变为仅需2块光业务盘即可实现，机盘资源用得少了，但测试时间长了一倍(由2分钟变为4分钟)。

本实施案例中，利用图3所示的检测装置，工程人员完成了对一个T比特级容量交叉矩阵中全部的16差分线对电缆组件的检测，并且挑出了部分传输特性存在问题的电缆组件，为顺利地实现该交叉矩阵提供了有力的技术保障。

本发明提供了一种多差分线对电缆组件的检测方法和装置，其有益效果表现为避免了采用传统方法测试需要购置全套电缆传输特性测试仪表的高额开支，本发明检测装置的电路简单，只需开发1块连接背板和1块信号环回板，成本不到购置全套电缆传输特性仪表的1％。省时省力，以测试1根16个差分线对的电缆组件为例，采用本发明方法测试只需2分钟，而用传统测试方法测试同样的电缆组件花费的时间至少多出30倍以上。采用传统测试方法，被测电缆与仪表的连接非常困难，而本发明的检测装置针对电缆组件设计，连接十分方便。

Claims (2)

1.一种用于多差分线对电缆组件检测的方法，包括步骤：

(a)将具有4N个差分线对的被测电缆组件的A、B端分别与连接背板中的连接器插座A、B相连；

(b)将N块10Gb/s光业务盘分别与连接背板中的连接器插座1、2，…，N相连；

(c)让误码仪的10Gb/s光发送信号经过光纤进入第1块10Gb/s光业务盘的R端口，即光信号输入口；

(d)第1块10Gb/s光业务盘将输入光信号变为第1组4路2.5Gb/s差分电信号后通过连接器插座1进入连接背板；

(e)由连接器插座1进入背板的4路2.5Gb/s差分电信号通过背板上的第1个4路微带差分线对组和连接器插座A进入被测电缆组件的第1个4路差分线对组传输到达电缆组件的B端；

(f)在电缆组件B端，由电缆组件的第1个4路差分线对组传输的4路2.5Gb/s差分电信号通过连接器插座B回到连接背板，通过连接背板上的第2个4路微带差分线对组到达连接器插座1，至此，第1组4路2.5Gb/s差分电信号环回到第1块10Gb/s光业务盘；

(g)第1块10Gb/s光业务盘把收到的第1组4路2.5Gb/s差分电信号还原为1路10Gb/s光信号输出到本盘的T端口，即光信号输出口；

(h)将第1块10Gb/s光业务盘的T端口通过光纤连接到第2块10Gb/s光业务盘R端口；

(i)以与上一步相同的方法将每块10Gb/s光业务盘的T端口和相邻光业务盘的R端口通过光纤串联起来，即第1块10Gb/s光业务盘的T端口连到第2块10Gb/s光业务盘的R端口，第2块10Gb/s光业务盘的T端口连到第3块10Gb/s光业务盘的R端口，…，第N-1块10Gb/s光业务盘的T端口连到第N块10Gb/s光业务盘的R端口；

(j)将第N块10Gb/s光业务盘T端口输出的10Gb/s光信号通过光纤连到误码仪光输入口，这样N块10Gb/s光业务盘的光输入和光输出信号全部串联在10Gb/s光误码仪的光输出口和光输入口之间；

(k)每块10Gb/s光业务盘都完成一次1路10Gb/s光信号到4路2.5Gb/s差分电信号的变换及其反变换，第X块光业务盘的4路2.5Gb/s差分电信号环回的传输路径为：连接器插座X→连接背板的第2X-1个4路微带差分线对组→连接器插座A→被测电缆组件的第X个4路差分线对组→连接器插座B→连接背板的第2X个4路微带差分线对组→连接器插座X，上述路径表明，每一块光业务盘的4路差分电信号在被测电缆组件中都独立占用一个4路差分线对组，N块光业务盘的4N路2.5Gb/s差分电信号共占用4N个差分线对，其中1≤X≤N；

(l)观察光误码仪的比特误码显示，如果光误码仪持续一段时间无比特误码出现，表明被测电缆组件的传输特性满足传输2.5Gb/s差分电信号的应用要求。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在检测之前进行校准，包括步骤：

(a)将校准用的信号环回板与连接背板相连，信号环回板上设计有4N个微带差分线对，通过这些微带差分线对，可以将4N路差分信号从连接器插座A环回到连接器插座B；

(b)检测无误后各部分加电；

(c)设置光误码仪工作在适当状态，并且其净荷处于VC-4-64C状态；

(d)通过PC机配置N块10Gb/s光业务盘工作在适当状态；

(e)观察光误码仪的比特误码显示，持续一段时间；

(f)如果光误码仪无比特误码出现，表明检测装置工作正常，校准完毕。

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