改善产品设计以适应数据中心短链路布线

前言：

近年来，布线行业随着国内与国际布线标准的不断的更新与推出，推动网络应用的持续快速发展，随着 2005 年 4 月 TIA/EIA 942 数据中心标准发行后，支持数据中心的网络解决方案的布线项目越来越多，在较多数据中心解决方案的项目上，为配合各种机房设备的网络端口，各布线厂家往往会有铜产品与光产品混合的解决方案，对于应用于数据中心的铜布线解决方案，为确保数据中心的带宽，一般都会使用 6 类及以上性能等级的产品，由于设备端口与配线区域的距离很近，通常在十几米到几十米的链路长度，当链路长度特别是在十几米的时候，用现场测试仪测试时经常会发现， NEXT （近端串扰）指标余量很小，甚至产生大面积的不通过或带星号通过的现象，这就是现象就是我们通常所说的“短链路”现象，本文将主要是针对此现象从产品设计与测试技术的的角度，来分析与阐述如何改善短链路的问题。

 

短链路理论分析

自 2002 年 6 月份 TIA/EIA 568B.2-1 商用建筑布线 6 类标准发行后，许多厂家经过实验后发现，在测试 90 米 产品链路的时候产品性能是良好的，但是当测试长度减少到 15 米 以下的时候，产品的 NEXT 与 RL （回波损耗）都比在 90 米 时链路的结果差很多，当大家对此表示疑惑的时候，标准委员会成员同样也发现了此类问题，为了增加标准的科学性，紧接着又发新了标准 TIA/EIA 568B.2-3 ，此标准专门解释对于测试短链路性能判定依据的问题，当被测的链路总体衰小于 3dB 时（通常 15 米 以下）， RL 性能将不作为判定链路总体性能主要依据，也就是为了避免因 RL 不良而导致整体链路的判断为不通过，标准解决了大家对 RL 的疑惑。除开 RL 的问题，经过测试研究发现， NEXT 的性能通常也是随着链路的长度变短而性能下降，而且发现，同样的链路在现场测试仪上测试的结果与网络分析仪上测试的结果有差异，美国布线产品资深专家 RobertA.Aekins 对于其中一组产品采用按不同长度的链路的 NEXT 最差性能线对分别用现场测试仪与网络分析仪测试对比，得到了以下的结果：

 

 

    上面的 NEXT 性能曲线中可以看到，当链路的从 90 米 逐步减短到 5 米 的时候， NEXT 性能是逐步下降，当链路长度到了 15 米 以下，性能急剧下降的趋势，同时我们可以发现，同样的线路在网络分析仪上的测试结果会比用现场测试仪的测试结果要好很多，标准委员会制订产品标准的时候，测试的结果都是在网络分析仪上测试研究的，网络分析仪的精度会比现场测试仪要高，从理论上来讲，只要满足网络分析仪的测试要求，即使现场测试仪的性能不通过，链路的传输就不会受到任何影响，但是从实际的应用来看，所有布线工程的完工验收，都是以现场测试仪为标准，客户不是产品的专家，不可能接受现场测试不通过的现实。

如何改善改善短链路 NEXT 的性能

通常情况下，在短链路中的连接器是影响链路 NEXT 性能的最关键的因素，首先我们要了解 TIA/EIA 568B.2-1 标准中对产品测试方法，根据 EIA/TIA 568B.2-1 的 6 类布线标准上我们可以看到标准的 NEXT 测试方法， RJ45 标准测试插头总共有 8 根针，分别与 4 对网络线相连接， 4 对线分别被测试金字塔隔开，标准中测试用 RJ45 插头的 NEXT 值分别定义如下：

 

   

标准测试插头

 

 

参考： EIA/TIA 568B.2-1

 

由上表中可以出，测试用标准插头的值，每一对线对的标准值有是一个范围，特别是 36 与 45 线对，其定义在值在 36.4dB-37.6dB 范围之间，对于 12 与 36 线对和 36 与 78 线对，其标准值是在范围在 46.5-49.5dB 之间，按标准的产品测试方法，则在这范围内分别制作高值，中值，低值的标准测试头来配合产品测试，要求被测产品全部通过 6 类硬件标准，对于 12-45 ， 45-78 线对标准设定最低值，测试时选择低值测试头 57dB 与高值可选 70dB 的测试头配合测试， 12-78 采用低值 60dB 测试头测试。理论上讲，设计出来的产品，测试时只要符合以上各标准测试头的测试，产品整体链路性能应当没有问题。但是实际上许多厂家提供的 6 类 RJ45 连接器是整体链路满足 6 类的性能，两端连接器的 NEXT 并不平衡，此类产品单体不一定能通过高中低值测试，或者其中有一端的连接器（俗称配线架或模块） NEXT 性能不是十分良好 , 导致整体链路特别是短链路下， NEXT 会急剧下降。

对于有设计过布线产品 6 类连接器的工程师都会有这样的经验，通常情况下，产品的性能主要取决于端子的结构及 PCB 内的线路补偿技术，连接器性能 50% 决定于产品端子结构设计与 PCB 的线路设计，另外 50% 决定于产品测试与 PCB 补偿调整，那么关键在测试时，如何使产品性能做得最好，以什么为目标值进行产品的性能调整，使产品整体链路 NEXT 达到最佳的平衡位置？

Rosenberger 测试头交叉目标值校调技术

德国 Rosengerger 实验室经过多次实验验证后，总结出一套专门的设计测试方法，我们称为测试头交叉目标值校调技术，所谓测试头交叉目标值校调技术是指产品在实验室测试性能调整时，采用取用现场测试设备的头（如 Fluke 测试头 PM06 ）作为目标值，先进行补偿调整到最佳状态，再进行标准高低值测试头在网络分析仪上的测试确认，通过反复校调，要求最终特性曲线落在标准高低值测试头测试的性能范围内并达到最佳状态，此方法要求链路两端产品均以此方法进行交叉校调，经过这种校调后，产品在短链路下的测试性能会取得比较好的效果，如下为 Rosenberger 经过校调的产品的测试值如下 ( 链路测试设备 Fluke DTX1800) ，产品的 15 米 后性能下降的曲线不是十分的陡峭，有些波谷与打线的偶然性因素有关。

总结

有的工程师在碰到数据中心解决方案 NEXT 性能不是十分良好的时候，提议可以将短链路的水平网线特意加长以通过测试，多余的线缆存放于机房地板下，这样的做法笔者并不提倡，一方面浪费了电缆，另一方面由于地板下存储线缆过多，影响数据中心地板下的空调冷风送风效率，所以要提高机房的短链路 NEXT 测试性能，需从根本上―产品设计上去解决，同时为使产品短链路的 NEXT 值更好，要从两方面去着手，一是产品 RJ45 内的端子结构， Rosenberger 产品端子结构上采用端子分层抵消与补偿技术，在端子前端已经对 RJ45 插头性能作了部分补偿及消除 RJ45 插座端子进一步 NEXT 的产生的可能，使 PCB 在作测试调整时更容易拉高产品性能，二是产品测试时采用测试头交叉目标值校调技术，使产品在有效补偿的同时，提高整体链路的 NEXT 性能的平衡性，因为现场测试设备的测试头是采用规模量产的，产品的性能会比较稳定，其值取的是按标准测试头的中间值为基准，会比自己实验室制作的标准测试头测试更可靠，同时，在实际项目应用中，产品验收是用现场测试设备的验证测试结果为准，测试目标与设计目标值一致，使产品链路总体平衡性进一步提高。通过以上方法，数据中心铜缆布线短链路的 NEXT 困扰是可以得到满意的解决的。

 

参考资料：

1，  商用建筑布线标准 ANSI/EIA/TIA 568B.2-1

2，  Robert A.Aekins; Short links and channels