在軍事、航空航天和高質量的工業和通信系統中，高速以太網連接器和電纜組合在調制解調器、路由器、計算機和其他有線互聯網設備之間的惡劣環境中傳輸寬帶信號。在這些惡劣的環境中，高速、高質量的以太網連接器必須能夠保持傳輸完整性和承受沖擊和振動環境。本文探討了所需的以太網10GBase-T電氣和沖擊與振動測試，然后提出了適用于此環境的標準RJ45解決方案以及未來可能的替代方案。

什么是 6a 類布線？

6a 類或 Cat 6a 是千兆以太網布線的最新版本。Cat 6a 將數據傳輸帶寬從 250 兆赫茲增加到 500 兆赫茲 （MHz），減少了串擾干擾機會，并通過更長的電纜提供了卓越的可靠性和傳輸速度。Cat 6a 10-Gb 以太網是 6 類（Cat 6）的增強標準，向后兼容較舊的 5/5e 類電纜標準。

表 1：5/5e 類和 6/6a 類電纜帶寬與電纜長度達 100m 時最大數據速率的比較

以太網電氣測試認證

10G 以太網的傳輸速率不是每個周期 10 比特或每秒 10 千兆位 （Gbps）。以這些速度每周期發送一位會產生信號完整性問題，需要昂貴的高速連接器，并限制傳輸路徑的長度。為了在避免這些問題的同時實現高比特率，《》G 以太網采用調制技術，以較低頻率每周期傳輸多位信息（波特）。波特是通信介質運行的符號速率。

波特符號可以包含多個位。多位符號允許在較低頻率下實現更高的吞吐量。10G 以太網采用 16 級脈沖幅度調制 （PAM16） 雙平方 （DSQ） 編碼，每個符號 3 位。符號通過四對雙絞線以 833Mbaud 傳輸，總比特率為 10 Gbps。

公式 1 顯示比特率轉換。比特率 = 833.3 Mbaud * 3 位/波特 * 4（對）= 10 Gbps。

以太網電氣測試環境是通過輸入和輸出連接器以及連接電纜（見圖1）。

圖 1：帶 RJ6 端部連接器的 Cat 45a 非屏蔽雙絞線 （UTP） 以太網電纜

10GBase-T 電纜一致性測試配置根據電纜的 6a 類電纜合規性標準 （ANSI/TIA/EIA-568-B.2） 評估性能。測試結果確定現有的屏蔽 （STP） 和非屏蔽 （UTP） 雙絞線電纜和連接器配置是否符合電氣標準。

電氣以太網測試

兩種布線版本是 STP（屏蔽雙絞線）和 UTP（非屏蔽雙絞線），其中 STP 電纜中的雙絞線都是屏蔽的（圖 2）。

圖 2：屏蔽 （STP） 和非屏蔽 （UTP） 電纜的橫截面

十二個測試參數中的兩類是串擾和信號。電纜上雙絞線對之間耦合的串擾參數測試和信號參數測試每根電纜線的電氣完整性。如果測試的參數不符合 10GBase–T Cat 6a 要求，您的系統將危及網絡。這些測試及其縮寫列于表2中。

標準測試儀可用于評估是否符合以太網 10GBase-T 電纜要求，包括福祿克網絡 DSX-500 和 DSX-8000 電纜分析儀。

串擾測試

在傳輸系統中，串擾是指一個電路或通道的傳輸信號在另一個電路或通道中產生不良影響。串擾通常是從一個電路或通道到另一個電路或通道的不需要的電容、電感或導電耦合的結果。

最關鍵的 10GBase-T 以太網電纜/連接器串擾測試參數是 NEXT 或近端串擾。NEXT 是最重要的電纜測量之一，因為它測量連接器的一對電線到電纜末端最近（近端）上相鄰一對的耦合信號干擾（圖 3）。

以太網的雙絞線電纜有四對電線。這些導線相互扭曲，以減少串擾和外部干擾。當前的 LAN 通常使用這種類型的電纜。

圖3.10GBase-T 互聯網系統，帶有連接器近端 （NEXT）、遠端 （FEXT） 和外來串擾 （AXT） 干擾源的圖示

NEXT測試測量干擾對和受害對之間的信號強度差異。更顯著的數字（較少的串擾）比較小的數字（更多的串擾）更可取。由于NEXT隨頻率變化很大，因此必須在適用的頻率范圍內對其進行測量。Cat 6a 的特性高達 500 MHz。

FEXT、PS NEXT、ACRN、ACRF、PSACRN 和 PSACRF 是次要串擾參數。遠端串擾（FEXT）的測量也在通道內進行。它類似于 NEXT，但測量點位于通道的遠端。然而，FEXT并不是完整的故事，因為距離會衰減信號。更重要的結果從FEXT結果中消除衰減（插入損耗），以創建衰減串擾比參數（ACRF）。

最后，外來串擾（AXT）成為以太網類別6A 10GBASE-T應用中的一個問題。一旦應用轉移到更高的頻率（這在以太網類別 6A 10GBASE-T 應用中有效），就會擔心電纜到電纜串擾。

外來串擾是將噪聲從一根電纜耦合到另一根電纜的術語。當一束多根電纜包圍或干擾單根電纜時，會發生此串擾錯誤。圍繞束中單個電纜的電纜是干擾器。受到干擾器噪音影響的電纜是受害電纜。

隨著更快的應用增加電纜的帶寬要求，這種干擾變得更加嚴重，因為干擾器會影響受害者傳輸數據的能力。用戶可能會認為屏蔽電纜，內部或外部電纜屏蔽，可以減輕外來的串擾。屏蔽系統中屏蔽端接不良會引入外來串擾。

信號測試

四個信號測試參數如表3所示：

表 3：信號測試和說明

最關鍵的10GBase-T電纜信號參數是滿足軍事和高質量工業應用時的回波損耗（RL）和插入損耗（IL）。回波損耗是局域網（LAN）的重要測試測量，尤其是那些遷移到更高速協議的局域網。

以太網沖擊和振動鑒定

軍事和工業工具和設備必須在一些最惡劣的環境中可靠地運行，從海洋深處到最炎熱的沙漠。除了惡劣的自然條件和設備密集型生產車間外，軍事和工業環境還必須承受炮火沖擊、運輸振動以及爆炸性和酸性環境。在這些環境中，沖擊和振動的面貌似乎是不確定的。

廣泛使用的 MIL-STD-810 規范包括 《》 項環境測試的綜合集合，涉及振動、沖擊、聲學噪聲、溫度、濕度、太陽輻射、沙子和灰塵。

振動描述了機械系統的振蕩。振動規格測量是頻率、每秒周期數以及振幅或幅度。在實踐中，振動通常沒有規則的模式。振動信號可以組合幾個正弦量，每個正弦量具有不同的頻率和振幅。

振動的高級類別是“自由”或“強制”。在自由振動中，結構根據初始干擾而變化，并且不會向系統添加能量。強制振動在“穩態”條件下繼續振蕩。

沖擊的定義大致是振動的一個方面。沖擊能量可以是非周期性脈沖、階躍或瞬態振動，沖擊表明突發性和嚴重程度。其本質特征是，在沖擊之后，系統的運動包括沖擊激勵的頻率和系統的固有頻率。通過短暫的激勵，系統的連續運動是其固有頻率的自由振動質量。

雖然 RJ45 連接器可以符合所有 10GBase-T 電纜電氣一致性測試，但 MIL-STD-810 沖擊和振動測試合規性超出了此連接器的能力。

以太網連接器技術

軍用和工業以太網系統將通信通道編織在一起。電纜和連接器的完整性決定了 10GBase-T 系統的可用性。

這些系統中的關鍵環節是連接器和電纜。標準以太網連接器是 RJ45（圖 4）。

圖 4：RJ45 連接器無法承受沖擊和振動環境，但 Micro-D 連接器使用耐用的扭針觸點來克服嚴格的 MIL-STD-810 沖擊和振動測試合規性。

低成本、小型 RJ45 連接器成功滿足 10GBase-T 以太網連接的電氣要求，但不符合軍用 MIL-STD-810 沖擊和振動測試合規性。38999 連接器通過將 RJ45 連接器封裝在堅固的外殼中，有效地解決了沖擊和振動問題。然而，由于這種沖擊和振動解決方案既大又昂貴，因此正在研究更小、更具成本效益的解決方案。連接器，如Cinch的micro-D，已經可以滿足沖擊和振動要求，正在評估它們是否可以設計為滿足Cat 10電纜的6GBase-T要求（圖4）。

10GBase-T 的惡劣環境注意事項

軍事和高質量的工業和通信系統正在使用高速以太網10GBase-T連接器和電纜組合，在惡劣的環境中傳輸寬帶信號。高速以太網連接器必須能夠保持傳輸完整性，并能夠根據MIL-STD-810標準承受沖擊和振動環境。電氣合規性挑戰很容易通過現有技術解決。然而，沖擊和振動一致性測試需要設計師的額外關注，因為他致力于減小連接器尺寸和成本。如今，RJ45 連接器的可行替代方案是采用大尺寸、成本更高的 38999 連接器。

審核編輯：郭婷