CN113346925B - 有源以太网电缆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于大规模制造适用于大型通信中心的长的100Gbps电缆的新颖电缆设计和方法。一种示例性电缆实施例包括：在第一连接器与第二连接器之间连接至少八对电导体，每个所述电导体的横截面为30AWG或更小，并且每个所述电导体的长度约为10米或更长，第一连接器和第二连接器中的每一个都适配为适合于装配到对应主机设备的以太网端口中，第一连接器和第二连接器中的每一个都包括对应收发器，该对应收发器对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，从而作为差分NRZ(不归零)电传输信号通过至少四对电导体进行传输，该差分NRZ(不归零)电传输信号各自具有至少为25GBd的信令速率，以在每个方向上总共传递至少100GBd。

Description

有源以太网电缆及其制造方法
背景技术
电气和电子工程师协会(IEEE)标准协会出版了关于以太网的 IEEE标准即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。在标准所提供的各种信号规范中有 CAUI-4(使用4个通道的100Gbps附接单元接口)、100GBASE-CR4和100GBASE-KR4，它们中的每个都耦合到物理编码子层(PCS)，并因此假定使用采用由标准的第82条提供的信道编码、加扰、块多路复用和对齐功能的数据流。
CAUI-4(该CAUI-4在该标准的附件83D和附件83E中列出)用于芯片到芯片连接或芯片到模块连接，并且采用以25.78125GBd的速率进行四个通道的差分二级信令，其没有前向纠错(FEC)保护或标准的第91条规定的 RS(528，514)里德-所罗门(Reed-Solomon)FEC编码。符合QSFP-28规范的端口和连接器可以将CAUI-4用于100Gbps入站数据流以及100Gbps出站数据流。
在标准的第92条中列出的100GBASE-CR4是旨在用于多导体电缆中的基带介质的规范。它采用利用如标准的第91条中列出的RS(528，514)里德- 所罗门FEC编码以25.78125GBd的速率进行差分二级脉冲幅度调制信令的四个通道。
在标准的第93条中列出的100GBASE-KR4是旨在用于电背板的基带介质的规范。它采用利用如标准的第91条中列出的RS(544，514)里德-所罗门 FEC编码以26.5625GBd的速率进行差分二级脉冲幅度调制信令的四个通道。 RS(528，514)和RS(544，514)代码两者都对10位码元进行操作，其中前者能够在任何给定的数据帧中校正多达7个码元，而后者则能够在任何给定的数据帧中校正多达15个码元。
对标准IEEE 802.3cd的更新已于2018年12月获得批准，且它允许100GBASE-CR4采用使用在每个方向上跨四个通道的差分二级脉冲幅度调制以26.5625GBd的更高信令速率进行的RS(544，514)里德-所罗门FEC编码。IEEE 802.3cd更新进一步阐明(在第135条中)与CR4不同的100GBASE-CR2使用差分PAM4信令而不是2级信令。作为用于将2级信号适配于4级信号的过程的一部分，更新提供了使用格雷(Gray)编码和1/(1+D)mod 4预编码。使用RS(544，514) 里德-所罗门FEC编码，以26.5625GBd的速率在每个方向上的两个通道之上执行差分PAM4信令。
类似地，该更新针对100GBASE-KR2进行设置，利用RS(544，514)里德-所罗门FEC编码以26.5625GBd的速率在每个方向上使用两个通道在电背板上提供差分PAM4信令。与CR4一样，格雷编码和1/(1+D)mod4预编码用于将二级信令适配到PAM4。
对于超过约3米距离的高带宽通信(＞100Gbps)，该标准考虑使用光纤电缆。然而，与铜线电缆相比来说，这样的电缆往往会不合期望地昂贵。不幸的是，对于在常规数据中心在超过7米距离上的高带宽通信，即使使用 100GBASE-CR2的电缆也往往会不合期望地庞大、不灵活且笨重。
发明内容
相应地，本文中公开了用于大规模制造适用于大型通信中心的长的100Gbps电缆的新颖电缆设计和制造方法。一个示例性电缆实施例包括：在第一连接器与第二连接器之间连接的至少八对电导体，每个所述电导体的横截面为30AWG或更小，并且每个所述电导体的长度约为10米或更长，第一连接器和第二连接器中的每一个都适配为适合装配到对应主机设备的以太网端口中，以将输入电信号接收到电缆来从该主机设备传递出站数据流，并且从电缆提供输出电信号来向该主机设备传递入站数据流，第一连接器和第二连接器中的每一个都包括相应的收发器，该相应的收发器对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，从而作为差分NRZ(不归零)电传输信号通过至少四对电导体进行传输，该差分NRZ(不归零)电传输信号各自具有至少为25GBd的信令速率，以在每个方向上总共传递至少100GBd。
一种示例性电缆制造方法，该示例性电缆制造方法包括：将在第一收发器与第二收发器之间的至少八对电导体分别连接以传输至少八个差分 NRZ电传输信号，该至少八个差分NRZ电传输信号各自具有至少为25GBd的信令速率，以在每个方向上总共传递至少100GBd，每个电导体的横截面为 30AWG或更小，长度约为10米或更长；将第一收发器封装至第一连接器中，该第一连接器被配置为将来自第一主机设备的网络接口端口的第一输入电信号耦合至第一收发器，并且将来自第一收发器的第一输出电信号耦合至第一主机设备的网络接口端口；将第二收发器封装到第二连接器中，该第二连接器被配置为将第二输入电信号从第二主机设备的网络接口端口耦合到第二收发器，并将第二输出电信号从第二收发器耦合到第二主机设备的网络接口端口，第一收发器和第二收发器被配置为对第一输入电信号和第二输入电信号执行时钟和数据恢复，以提取和重新调制第一出站数据流和第二出站数据流作为所述差分NRZ电传输信号。
前述实施例中的每一个可以单独或组合地实现，并且能利用以下特征中的一个或多个以任何合适的组合来来实现：1.用于所述收发器中的至少一个收发器的输入电信号和输出电信号各自包括差分PAM4信号的两个通道。 2.所述收发器中的至少一个收发器使用位多路复用或者解多路复用，以在差分 PAM4信号的每个通道与差分NRZ电传输信号的两个对应通道之间转换。3. 用于所述收发器中的至少一个收发器的连接器被适配成适合SFP56-DD兼容的以太网端口。4.用于所述收发器中的至少一个收发器的连接器被适配成适合 DSFP兼容的以太网端口。5.所述收发器中的至少一个收发器使用位多路复用或者解多路复用，以在差分PAM4信号的每个通道与差分NRZ电传输信号的两个对应通道之间转换。6.使用RS(544,514)里德-所罗门前向纠错代码来保护电传输信号。7.用于所述收发器中的至少一个收发器的输入电信号和输出电信号各自包括使用RS(528,514)里德-所罗门前向纠错代码来保护的差分NRZ信号的四个通道。8.所述收发器中的至少一个收发器使用纠错解码和编码来在电传输信号与输入电信号及输出电信号之间转换。9.用于所述收发器中的至少一个收发器的连接器被适配成适合QSFP-28兼容的以太网端口。
附图说明
图1是示例性有源以太网电缆(AEC)的立体图。
图2是示例性AEC的功能框图。
图3是包括示例性电缆的通信链路的架构图。
图4是示例性多通道收发器中的传输链的框图。
图5是示例性多通道收发器中的接收链的框图。
图6A表示第一示例性SFP56-DD至QSFP-28电缆实施例的收发器操作。
图6B表示优选SFP56-DD至QSFP-28电缆实施例的收发器操作。
图6C表示示例性DSFP至QSFP-28电缆实施例的收发器操作。
图6D表示示例性SFP56-DD电缆实施例的收发器操作。
图6E表示示例性DSFP电缆实施例的收发器操作。
图6F表示示例性QSFP-28电缆实施例的收发器操作。
图7是示例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是示例性100Gbps电缆的立体图，该100Gbps电缆可用于在路由网络(诸如用于数据中心、服务器场以及互连交换)中的设备之间提供高带宽通信链路。路由网络可以是例如互联网、广域网或局域网的一部分或者包括例如互联网、广域网或局域网。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9m、10m或更长的电线中的电导体106电连接的第一连接器100和第二连接器101。电导体106可以以成对的形式排列，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。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。为了甚至在扩展的电缆长度(例如大于3米、6米或9米)上实现稳健的性能，每个连接器102、104可以包括在每个方向上执行时钟和数据恢复(CDR)以及数据流的重新调制的有源收发器。有源收发器也被称为数据恢复和重新调制(DRR)设备。值得注意的是，收发器不仅会在出站数据流离开电缆时对其执行CDR和重新调制，还会在入站数据流进入电缆时对其进行CDR和重新调制。
在至少一个考虑的实施例中，电缆连接器100、101是四方小形状因数可插拔(QSFP)收发器模块，并且更具体地是与主机交换CAUI-4数据流的QSFP28收发器模块。在其他考虑的实施例中，电缆连接器是与主机交换 100GBASE-KR2数据流的双小形状因数可插拔(DSFP)或小形状因数可插拔双密度(SFP-DD)收发器模块。(更恰当地说，此SFP-DD收发器称为SFP56-DD。) 在又一其它考虑的实施例中，电缆连接器也不同，诸如QSFP28至SFP56-DD电缆、QSFP28至DSFP电缆或者SFP56-DD至DSFP电缆。
图2是图1的示例性电缆的功能框图。连接器100包括插头200，插头200适配为适合第一主机设备302(参见图3)中的标准兼容的以太网端口，以接收承载来自主机设备的出站数据流的输入电信号并且提供承载去往主机设备的入站数据流的输出电信号。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边缘连接器触点的集成电路。电导体106以及屏蔽件可被焊接到印刷电路板上电连接到DRR设备的对应焊盘。
在至少一些考虑的实施例中，印刷电路板还各自支持微控制器单元(MCU)206。每个DRR设备202、204经由第一双线总线耦合至配置该DRR 设备的操作的对应的MCU设备206。在通电时，MCU设备206将均衡参数和 /或其他操作参数从闪存207加载至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。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。
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。面向电缆的收发器222优选使用100GBASE-CR4(该 100GBASE-CR在每个方向上在四个通道之上在26.5625GBd下的使用差分 NRZ)来发送和接收，而不是使用100GBASE-CR2(该100GBASE-CR2在每个方向上在两个通道之上在26.5625GBd下使用差分PAM4)。为了提供10m或更长的范围，CR2信令将需要使用横截面至少为AWG26的铜线，而作者发现，随着NRZ信令的信号余量的提高，不超过AWG30的横截面将足以满足CR4信令。即使考虑到将导体的数量变成两倍，也可以实现总横截面的减小以及刚度和材料成本的相应降低。
所例示的面向主机的收发器220支持用于与主机设备进行双向通信的两个通道LN0-LN1，每个双向通道由用以26.5625GBd进行的差分PAM4 信令的两个单向连接来形成，诸如可以用100GBASE-KR2来实现。在其他考虑的实施例中，面向主机的收发器220支持使用根据CAUI-4规范的差分NRZ信令的四个通道。DRR设备包括存储器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。
在至少一些考虑的实施例中，面向主机的发射器和接收器集合 220采用独立于电缆(即，它们不是在逐个电缆的基础上定制的)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取决于电缆的均衡参数。取决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2的示例性电缆可以是如图3的架构图所示的两个主机设备 302、304之间的点对点通信链路的一部分。图3示出了使用用于开放式***互连的ISO/IEC模型(参见ISO/IEC7498-1：1994.1)的架构，以用于诸如电导体 306之类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***的设计和实现。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，而较低层可使用微代码和/或专用硬件来实现。
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***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(APIs)(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，该标准提供了各种可能的细分，诸如图3中所示的细分，其包括可选的调解子层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*** /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提供例如里德-所罗门编码/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，根据标准的第91 条或第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表示与两个主机设备302、304的插座336配合的边缘连接器。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)可以在很多情况下于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。
图4和图5提供PCS下方子层中示例性发射和接收链的更详细框图。图4中的发射链接受来自PCS的四通道数据流。根据该标准，PCS数据流已经使用提供DC平衡并实现定时恢复的传输代码进行编码。PCS数据流通道还包括用于使通道彼此同步的PCS对准标记。一旦数据流通道被对准，对准标记移除模块402就从每个通道中移除对准标记，将它们传递到下游对准标记***模块406。代码转换模块404将传输代码从64b/66b代码修改为更适合与里德-所罗门编码器一起使用的256b/257b代码。通过重复地将从四个传入通道并行获取的四个66位块转码为单独的257位块，代码转换模块可以实质上将四个通道数据流转换为单通道数据流。
先前提到的对准标记***模块406接受来自移除模块402的PCS 对准标记信息和来自代码转换模块404的单通道数据流。***模块406将来自四个通道的对准标记信息组合成257位块中的一组分组的对准标记，并且考虑到代码转换模块404的操作而以保持对准块相对于数据流407中的其他数据的位置的方式***对准块。对准标记***块被设计成考虑编码器模块408和码元分布模块409的操作，使得对准标记实质上完整地出现并且按顺序出现在跨越边界410的双通道发射数据流中。
里德-所罗门(RS)编码器模块408对来自***模块406的数据流 407的10比特“码元”块进行操作，增加冗余以实现码元错误的下游校正。通常，编码器模块408操作以保留原始数据流内容，同时附加所谓的“奇偶校验”信息，例如附加到514个数据码元块的30个奇偶校验码元块，以形成完整的码字块。因此，模块406所***的对准块将保留存在于来自编码器模块的输出数据流。码元分配模块409跨多个传输通道以循环方式来分配代码字码元，从而使得每个通道指向对应的发射机。边界410可以被认为是FEC子层228和PMA 子层230之间的边界。在期望尽可能强地保持该边界的情况下，PMA子层可以包括用于发射数据流的每个通道的对准标记检测模块411A(和411B)以检测由模块406***的具有适当数据缓冲的对准标记。替代性地，可放宽该边界并且省去对准标记检测模块411A、411B，以利于来自对准标记***模块406的适当的直接信令。在任一情况下，训练控制模块420A、420B至少部分地基于指示对准标记的存在的检测信号来控制每个通道中的多路复用器412A、412B。
多路复用器412A、412B在正常操作期间并且在没有对准标记的情况下将编码的数据流转发到串行器模块414A、414B。在自动协商和训练阶段，多路复用器从训练控制模块420A、420B向串行器提供协商和训练数据流。在存在对准标记的正常操作期间，多路复用器412A、412B(该多路复用器412A、 412B充当对准标记替换模块)可向串行器模块提供修改后的对准标记从而传递隐藏的反向信道信息，例如如美国专利第10,212,260号("SerDesarchitecture with a hidden backchannel protocol(具有隐藏的反向信道协议的SerDes架构)")所述的那样。串行器414A、414B各自接受发射数据块流并将该块流转换为(更高速率) 信道符号流。当例如使用4-PAM信号星座时，每个串行器可产生两位码元的流。
通过预均衡器模块416A、416B对每个信道符号流进行滤波以产生发射信号，该发射信号被驱动器418A、418B放大并提供给发射信道。预均衡器模块补偿至少一些信道分散，从而减少或消除对接收器侧均衡的需要。这种预均衡可以是有利的，因为它避免了经常与接收器侧均衡相关的噪声增强，并且能够以减小的位宽实现数字滤波。
在进行初始自动协商阶段之后，一个或多个训练控制器420A、B 操作以表征信道。在自动协商阶段，至少一个训练控制器生成将本地节点的能力传送到远程节点，并协商以选择要被用于后续通信的特征组合的自动协商帧序列。当自动协商阶段完成时，每个训练控制器生成训练帧序列，使得在每个通道上独立进行训练。
在训练过程中，该一个或多个训练控制器420A、B接收由接收机从接收的数据流中提取的反向信道信息，并使用反向信道信息来调整预均衡滤波器的系数。控制器还接收“远程信息”，其包括本地生成的信息，用于适配远程节点中的预均衡滤波器的系数。基于该信息，控制器填充训练帧的相关的字段以向远程节点提供反向信道信息。由于仅在训练阶段采用训练帧，并且因为可以期望在正常操作期间继续更新预均衡滤波器，所以(多个)训练控制器 420可以在正常操作期间在通过多路复用器412A、412B提供的修改后的对准标记中或与修改后的对准标记一起包括类似的反向信道信息。
我们现在转到图5，图5示出了接收链从不同接收信道(由通道0- rx和通道1-rx指示)获得模拟电信号。如果物理介质是电总线或电缆，则这些可以直接从电导体获得，或者如果物理介质是无线的，则这些可以经由转换器间接获得。低噪声放大器(LNA)502A、B各自提供高输入阻抗以最小化信道负载并放大接收信号以驱动连续时间线性均衡器(CTLE)滤波器504A、B的输入。
CTLE滤波器504A、B提供连续时间滤波以按适配方式整形接收信号频谱，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)506A、B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符号，由此产生解调的数字数据流。一些实施例采用过采样。时钟恢复和适配模块508A、B从DFE的判决元件的输入和/或输出导出采样时钟信号，并将其提供回DFE以控制符号检测的时序。适配模块508A、B进一步导出DFE判决元件的输入相对于输出或(在训练阶段期间)已知的训练模式的误差信号，并且使用误差信号来适配一个或多个DFE系数和CTLE滤波器的响应。适配模块还进一步使用错误信号来生成“远程信息”，即用于远程预均衡器的适配信息。该远程信息供应至(多个)训练控制器420(图4)。
解串器509A、B将数字接收数据流位或符号分组为块，以使得能够使用较低的时钟速率用于随后的芯片上操作。对准标记检测模块510A、 510B监控接收数据流以检测对准标记的CM图案并且在正常操作期间或在训练操作期间实现对准标记锁定以检测训练帧标记且实现对其的锁定。反向信道信息提取模块511A、511B从训练帧和对准标记的适当部分提取反向信道信息，从而将预均衡器适配信息和状态报告信息提供给(多个)训练控制器420。在正常操作期间，在提取模块511A、511B的控制下进行操作的多路复用器512A、 512B将修改后的对准标记替换为成组的PCS对准标记的集合，从而从较高层隐藏反向信道信息字段。与传输链一样，接收链可以在PMA子层和FEC子层之间施加硬边界526，或者替代地，可以将对准标记检测信息传送到FEC通道抗扭斜模块513。
在正常操作期间，来自解串器的接收数据流由FEC通道抗扭斜模块513对准。如果FEC通道已经以某种方式被切换，则FEC通道重新排序模块514基于对准标记的内容来检测开关，并且当两个通道在码元块的基础上被多路复用为单个通道时，补偿该开关。RS解码器模块516对单个通道数据流进行操作以检测和纠正任何码元错误，在解码过程中去除FEC编码冗余(奇偶校验码元)。
代码转换模块520将256b/257b传输代码字转换成四个64b/66b 传输代码字的块，在四个PCS通道上适当地分配66位代码字块。对准标记***模块524将成组的对准标记的集合转换成具有通道特定UM模式的单独对准标记，并考虑代码转换模块520的操作，在四个通道中的适当的位置处***单独对准标记。四通道PCS数据流被提供给节点的更高层级层，以将传送的数据最终传送到目标应用。
利用足够长的预均衡滤波器，DFE反馈滤波器可以被保持相当短，例如1或2个抽头，并且即使当信道具有相对较长的信道响应时，预均衡滤波器也可以避免对数字前馈均衡器(FFE)滤波器的任何需要。在这种情况下，与此架构相关联的功率节省预期是相当大的。然而，随着温度变化和信道的总体演进，预期需要进行预均衡滤波器的持续适配(即，在正常操作阶段)。
作为面向主机的收发器与面向电缆的收发器之间的桥梁，数据链路层340(图3)支持面向主机的数据流与面向电缆的数据流之间的格式转换。在图6A的示例性SFP56-DD至QSFP-28电缆的实施例中，收发器602的数据链路层340从面向主机的100GBASE-KR2格式601“转换”(用RS(544，514)以每条通道26.5625GBd的速率在每个方向上使用两个通道来进行差分PAM4信令)到面向电缆的100GBASE-CR2格式603(用RS(544，514)以每条通道26.5625GBd的速率在每个方向上使用2个通道的差分PAM)。由于格式差异本质上仅是物理介质，所以收发器602可以省略或绕过FEC和其他子层(图3)，使得数据链路层 340仅作为缓冲器操作。收发器602的该操作模式被称为“重定时”模式。
然后，收发器604在面向电缆的100GBASE-CR2格式603与面向主机的格式CAUI4605之间进行转换(用RS(528，514)以每通道25.78125GBd的速率在每个方向上使用四个通道进行差分NRZ信令)。里德-所罗门代码之间的转换需要使用FEC子层，并且数据链路层实现了NRZ的四个通道与PAM4信令的两个通道之间的转换。该操作模式称为“齿轮箱”模式，暗示了信令速率的差异。
尽管该实现方式需要相对较少数量的电缆导体，但是如背景技术中所讨论的，PAM4信令的使用需要使用不合期望地庞大的横截面，以提供超过七米的电缆长度的足够的性能。作者已经观察到令人惊讶的结果：如果采用 100BASE-CR4信令，则电缆导体数量变成双倍可通过减小这些导体的横截面来抵消，同时仍能在十米或以上的电缆长度下实现NRZ信令的足够的性能。
相应地，图6B至图6F中所示的电缆实施例各自采用面向电缆的100GBASE-CR4格式613(用RS(544，514)以每个通道26.5625GBd在每个方向上使用4个通道的差分NRZ)。电缆实施例提供不同的连接器用于与不同的标准化的端口接合。对于图6B至图6E中所示的SFP56-DD和DSFP连接器，收发器612、624在面向电缆的100GBASE-CR4格式613与面向主机的100GBASE- KR2格式601之间进行转换，二者均采用利用RS(544，514)的26.5625GBd的信令速率编码，从而使得FEC和其他子层被绕过，并且使得数据链路层仅能在PAM4 的两个通道与NRZ的四个通道之间进行转换。
PAM4-NRZ转换主要地通过位多路复用和解多路复用来实现。主机数据流中的每个PAM4符号对应于具有最高有效位(msb)和最低有效位(lsb) 的两位表示。一对CR4通道可与每个KR2通道相关联，其中CR4通道中的一个传递msb，且另一个CR4通道传递lsb。在一些考虑的实施例中，DRR设备通过对每个接收到的数据流进行解调、对齐通道、多路复用(或解多路复用)以在NRZ位与PAM4码元之间进行转换、并重新调制码元以提供发送数据流，从而执行转换。DRR设备的该操作模式(即，无FEC解码、纠错和FEC重新编码)可以称为“位多路复用(bit-mux)”模式。
对于图6B、图6C和图6F中所示的QSFP-28连接器，收发器 614、622在面向电缆的100GBASE-CR4格式613与面向主机的CAUI4格式 605、621之间进行转换。里德-所罗门代码之间的转换需要使用FEC子层，并且数据链路层主要充当缓冲器。该操作模式也为由信令速率的差异引起的“齿轮箱”模式。(在所考虑的替代性实施例中，QSFP-28主机侧接口在没有前向纠错的情况下操作，因此收发器在主机侧接口的“无FEC”与电缆侧接口的RS(544，514)编码之间进行转换，从而相应地对信令速率进行调整)。
图7示出了示例性的电缆制造方法。该方法开始于框702，在框 702中，将电缆电线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。电缆长度优选地是约 9m、10m或者更多。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704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。如之前提到的，端部连接器可以是例如SFP56-DD、 QSFP-28、DSFP或者其他标准化的可插拔模块。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706中，装备通过例如将固件加载到非易失性存储器从而对 DRR设备的操作进行配置。除了其他的之外，DRR设备可以配置为在其面向主机的收发器上使用CAUI4或100GBASE-KR2信令进行通信，并在其面向电缆的收发器上使用100GBASE-CR4信令进行通信，其中如上述那样具有在两种信令协议之间的适当转换。
在框708中，装备对电缆进行测试以验证是否符合性能规范并确定取决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。在一些考虑的实施例中，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。如以上所述，可使用CTLE、FFE和 DFE元件的组合在接收器中执行均衡化。在框708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710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708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。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。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。然后可以将电缆封装并出售给期望稳健性能的客户。
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 (19)

1.一种有源以太网电缆，所述有源以太网电缆包括：
八对电导体，所述八对电导体连接在第一连接器与第二连接器之间，所述八对电导体包括用于在第一方向上传输至少100GBd的四对电导体以及用于在相对方向上传输100GBd的另外四对电导体，每个所述电导体的横截面为30AWG或更小，每个所述电导体的长度为10米或更长；
所述第一连接器和第二连接器中的每一个被适配为适合于装配到对应的主机设备的以太网端口，以将输入电信号接收到所述电缆来从所述主机设备传递出站数据流，并从所述电缆提供输出电信号来向所述主机设备传递入站数据流，
所述第一连接器和第二连接器中的每一个包括相应的收发器，所述相应的收发器对所述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，从而作为差分NRZ电传输信号经由所述四对电导体或经由所述另外四对电导体进行传输，所述差分NRZ电传输信号各自具有至少25GBd的信令速率从而在每个方向上总共传递至少100GBd。
2.根据权利要求1所述的有源以太网电缆，其特征在于，用于所述相应的收发器中的至少一个相应的收发器的所述输入电信号和所述输出电信号各自包括差分PAM4信号的两个通道。
3.根据权利要求2所述的有源以太网电缆，其特征在于，所述相应的收发器中的所述至少一个相应的收发器使用位多路复用或解多路复用，以在差分PAM4信号的每个通道与差分NRZ电传输信号的两个对应通道之间转换。
4.根据权利要求3所述的有源以太网电缆，其特征在于，包括所述相应的收发器中的所述至少一个相应的收发器的所述连接器被适配为适合SFP56-DD兼容以太网端口。
5.根据权利要求3所述的有源以太网电缆，其特征在于，包括所述相应的收发器中的所述至少一个相应的收发器的所述连接器被适配为适合DSFP兼容以太网端口。
6.根据权利要求1所述的有源以太网电缆，其特征在于，用于所述相应的收发器中的每一个相应的收发器的所述输入电信号和所述输出电信号各自包括差分PAM4信号的两个通道，并且其中所述相应的收发器中的每一个相应的收发器使用位多路复用或者解多路复用，以在差分PAM4信号的每个通道与差分NRZ电传输信号的两个对应通道之间转换。
7.根据权利要求1所述的有源以太网电缆，其特征在于，所述电传输信号使用对每514个数据码元附加30个奇偶校验码元的第一里德-所罗门前向纠错代码来保护。
8.根据权利要求7所述的有源以太网电缆，其特征在于，用于所述相应的收发器中的至少一个相应的收发器的所述输入电信号和所述输出电信号各自包括用对每514个数据码元附加14个奇偶校验码元的第二里德-所罗门前向纠错代码来保护的差分NRZ信号的四个通道，并且其中所述相应的收发器中的所述至少一个相应的收发器使用纠错解码和编码以在所述电传输信号与所述输入电信号以及所述电传输信号与所述输出电信号之间转换。
9.根据权利要求8所述的有源以太网电缆，其特征在于，包括所述相应的收发器中的所述至少一个相应的收发器的所述连接器被适配为适合QSFP-28兼容以太网端口。
10.根据权利要求9所述的有源以太网电缆，其特征在于，所述第一连接器和所述第二连接器中的另一个被适配成适合SFP56-DD兼容以太网端口或DSFP兼容以太网端口。
11.根据权利要求7所述的有源以太网电缆，其特征在于，用于所述相应的收发器中的每一个相应的收发器的输入电信号和输出电信号各自包括使用对每514个数据码元附加14个奇偶校验码元的第二里德-所罗门前向纠错代码来保护的差分NRZ信号的四个通道，并且其中所述相应的收发器中的每一个相应的收发器使用纠错解码和编码，以在所述电传输信号与所述输入电信号以及所述电传输信号与所述输出电信号之间转换。
12.一种电缆制造方法，所述电缆制造方法包括：
在第一收发器与第二收发器之间连接八对电导体，以传输八个差分NRZ电传输信号，所述八个差分NRZ电传输信号各自具有至少为25GBd的信令速率，以在每个方向上总共传递至少100GBd，每个所述电导体的横截面为30AWG或更小，并且每个所述电导体的长度为10米或更长；
将所述第一收发器封装到第一连接器中，该第一连接器被配置为将来自第一主机设备的网络接口端口的第一输入电信号耦合到所述第一收发器，并且将来自所述第一收发器的第一输出电信号耦合到所述第一主机设备的所述网络接口端口；以及
将所述第二收发器封装到第二连接器中，该第二连接器被配置为将来自第二主机设备的网络接口端口的第二输入电信号耦合到所述第二收发器，并且将来自所述第二收发器的第二输出电信号耦合到所述第二主机设备的所述网络接口端口，
所述第一收发器和所述第二收发器被配置为对所述第一输入电信号和所述第二输入电信号执行时钟和数据恢复，以分别提取和重新调制第一出站数据流和第二出站数据流，来作为所述差分NRZ电传输信号。
13.根据权利要求12所述的电缆制造方法，其特征在于，用于所述第一收发器的所述输入电信号和所述输出电信号各自包括差分PAM4信号的两个通道。
14.根据权利要求13所述的电缆制造方法，其特征在于，所述第一收发器使用位多路复用或者解多路复用，以在差分PAM4信号的所述两个通道与所述差分NRZ电传输信号的两个对应通道之间转换。
15.根据权利要求13所述的电缆制造方法，其特征在于，所述第一连接器被适配为适合SFP56-DD兼容以太网端口或DSFP兼容以太网端口。
16.根据权利要求12所述的电缆制造方法，其特征在于，所述电传输信号使用对每514个数据码元附加30个奇偶校验码元的第一里德-所罗门前向纠错代码来保护。
17.根据权利要求16所述的电缆制造方法，其特征在于，用于所述第二收发器的所述输入电信号和所述输出电信号各自包括用对每514个数据码元附加14个奇偶校验码元的第二里德-所罗门前向纠错代码来保护的差分NRZ信号的四个通道，并且其中所述第二收发器使用纠错解码和编码以在所述电传输信号与所述输入电信号以及所述电传输信号与所述输出电信号之间转换。
18.根据权利要求17所述的电缆制造方法，其特征在于，所述第二连接器被适配为适合QSFP-28兼容以太网端口。
19.根据权利要求18所述的电缆制造方法，其特征在于，所述第一连接器被适配为适合SFP56-DD兼容以太网端口或DSFP兼容以太网端口。
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