六类模块PCB调试技术

前言

　　六类模块的核心部件是线路板，它的设计结构、制作工艺，基本上决定了产品的性能指标。国内的同行在设计其PCB时，往往对于其失效机理理解不透彻，导致产品性能指标不够高或不能满足要求。 
本文章根据某外国公司综合布线专家的讲课内容以及自己实际操作经验进行整理。对于CAt6、超CAT6+ 产品的PCB试制，具有重要的参考价值。

　　关键词：插入损耗、回波损耗、近端串扰、信号外漏、补偿

1、执行标准及对于重要指标的定义

　　六类模块执行标准是 EIA/TIA 568B.2-1，其中最重要的参数是插入损耗、回波损耗、近端串扰等。

　　插入损耗（Insert Loss）：由于传输通道阻抗存在，它会随着信号频率增加，而使信号的高频分量衰减加大，衰减不仅与信号的频率有关，也与传输距离有关。随着长度的增加，信号衰减也随着增加。用单位长度上信号沿传输通道损失的数量来度量，表示源发射端信号传递到接收端信号强度的比率。

　　回波损耗(Return Loss)：由于产品中阻抗发生变化，就会产生局部的震荡，造成信号反射。被反射到发送端的一部分能量会形成噪声，导致信号失真，降低传输性能。如全双工的千兆网，会将反射信号误认为是收到的信号而引起有用信号的波动，造成混乱。反射的能量越少，意味着通道采用的线路的阻抗一致性越好，传输信号越完整，在通道上的噪声越小。回波损耗RL的计算公式：回波损耗=发射信号÷反射信号。

　　在设计中，保证阻抗的全线路一致性，以及与100欧姆阻抗的六类线缆配合，是解决回波损耗参数失效的途径。

　　例如PCB线路的层间距离不均匀、传输线路铜导体截面变化、模块内的导体与六类线缆导体不匹配等，都会引起回波损耗参数变化。

　　近端串扰（NEXT）： NEXT是指在一对传输线路中，一对线对另一对线的信号耦合，也就是说，当一条线对发送信号时在另一条相邻的线对收到的信号。这种串扰信号主要是由于临近绕对通过电容或电感耦合过来的。

　　如何减少电容或电感耦合过来的信号,或者通过补偿的办法,抵消、减弱其干扰信号,使其不能产生驻波,是解决该参数失效的主要办法。

2、核心技术以及失效机理

　　下述内容主要根据韩国某公司超六类模块PCB试制过程的解释，具有很重要的参考意义。在模块的试制阶段，用理论做指导，以计算机辅助设计为依据，很快达到预期的效果。

　　在我们国内进行的六类模块PCB设计中，主要以线路对角补偿理论做依据，进行大量的试制工作,也同样可以达到预期的效果。下述理论作为参考。

3.1 模块与插头引起的信号外漏现象

　　信号在链路上，会发生相互间的信号干涉现象。为了防止信号干涉现象，在平衡链路中导体进行扭绕，达到平衡传输的目的。扭绕结构虽然会造成信号间的相位变化，同时，增大了线路上的信号衰减。这个结构称之为非屏蔽结构(UTP)。4对平衡双绞线中每对线的绞距不同，就是为了达到这个目的。

　　线缆尾端使用模块化的连接件,即信息模块,形成连接件和接插件之间的相连,相互连接区内形成导体之间进行的平衡结构,即六类系统的永久链路。在永久链路内产生了在平衡线路所发生的信号干扰现象,即串扰,解决串扰问题,是进行高速通信用连接件制造的核心技术。

　　在接触端子之间产生接触损失,也因此所产生衰减、反射损失等现象。这种损失在高速信号传输时是产生障碍和故障的问题点,通过解决这些问题,是进行高速通信用连接件制造的核心技术。

3.2 模块与插头产生信号外漏的解释

　　在模块与插头中的连接线路中，插头内的每对连接端子也是平衡线路。

　　平衡线路中导体产生信号外漏及阻抗的损耗。

阻碍通信的最大因素是信号外漏。

　　外漏问题的解决方法可通过研究E场和H场，或从研究反向衰减的方法中寻找解决方案，这是高速通信用连接件制造的核心技术。

3.3 E场和H场

　　平衡线路上所发生的信号干扰，即电磁场干扰，可通过E场和H场的分布进行描述。

　　电子通信线路测试的主要参数是扫频下进行的相关测量。在这个频率信号上附加语音或数据包进行传输,传输速度要求越高, 频率越快。

采用计算机仿真技术，将这部分使用一些专用仪器查看，失效模型如图3-1。

3.4 信号外漏的解决方法

　　解释产生问题的插座信号外漏现象，最基本的方法是根据电感和电容所发生的信号外漏仿真图，在信号集中区域收集信号并进行返送。以下图表是将IDC端子处的外漏信号以反方向耦合方式解决的仿真图。

　　IDC端子处所接收的量如数返还，从而解决外漏的问题。

　　设计中，耦合电容的设计是关键参数，与其耦合线路的长度、线间距离、宽度、补偿线路布置等有关。

　　考虑到六类系统采用4对线同时传输信号，必然对其产生综合远端串绕和综合远端串绕，考虑到所有的影响，进行计算机仿真，进行补偿线路设计。下图是设计超六类线路板时进行的计算机模拟以及进行的线路设计过程。

3.5国内同行一般进行的六类模块试制过程

　　国内同行一般进行的六类模块过程，主要在确定主干回路后，进行补偿回路的设计，进行了大量的方案设计和样品制作，在补偿线路、PCB层间结构基本确定后，后续工作主要是通过工艺的改进提高性能。

主要调整的参数有：

① 层间间隙参数；铜箔厚度参数；8根主传输线路布置参数、8根主传输线路的宽度、相对距离；

② 采用对角补偿方式，调整每线对与其它线对的补偿，包括补偿线路位置分布、补偿线路长度与宽度、补偿线路间隙等；

③ 对于PCB加工厂工艺参数的调整。