多用途光纤通道交换机的设计与实现论文_燕旭

多用途光纤通道交换机的设计与实现论文_燕旭

(哈尔滨第三发电厂 黑龙江哈尔滨 150040)

摘要:近年来,多用途光纤通道交换机的设计与实现问题得到了业内的广泛关注,研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述,分析了万兆交换机高速PCB设计关键技术,并结合相关实践经验,分别从多个角度与方面就三层交换机应用与设计问题展开了研究,阐述了个人对此的几点看法与认识,望有助于相关工作的实践。

关键词:多用途;光纤通道交换机;设计;实现

1前言

作为一项实际要较高的实践性工作,多用途光纤通道交换机设计的特殊性不言而喻。该项课题的研究,将会更好地提升对多用途光纤通道交换机的分析与掌控力度,从而通过合理化的措施与途径,进一步优化该项工作的最终整体效果。

2概述

随着交换机、投影仪、存储器、摄像机等软硬件技术的快速发展,促进了智慧场馆建设和发展。场馆展示系统作为智慧场馆的重要组成部分,已经得到了极大的改进。目前,利用光纤网络传输至存储器,并且可以供控制管理人员访问、存取,将其展示在投影仪、电视墙上,实现现场终端设备与忠厚台中控软件的传输。

3万兆交换机高速PCB设计关键技术分析

3.1信号完整性设计

万兆交换机主板上的信号最高速率为10Gbps,信号的上升沿大概是35ps左右,信号的走线不能按照几百M或几Gbps的信号那样进行简单处理,需要综合考虑叠层、信号阻抗、信号串扰、信号Skew控制、过孔Stub、PCB板材、信号阻抗匹配等等各方面因素的影响。

3.1.1主板叠层设计。叠层设计的好坏影响到主板的性能、稳定性以及加工成本,必须同时满足加工要求、信号完整性和EMI的要求。综合考虑以上因素,本主板采用了16层PCB设计:万兆信号走在L3、L5和L12、L14层,以L2、L4、L13、L15的地层为参考平面,这几层都是完整没有分割的地层,用来提供高速信号的回流平面。该叠层设计保证了万兆信号的阻抗连续性和良好的EMI性能。

3.1.2万兆高速信号走线设计。万兆(10Gb)信号的走线系统是典型的传输线系统,需要用信号完整性的理论(包括传输线理论中阻抗、损耗、反射、串扰、地弹等)来指导主板的布线设计。本主板的万兆布线采用圆弧布线方式以减少信号传输过程中的损耗;差分线对之间的间距加大到20mil以上以减少信号之间的串扰;差分线布线过程中严格等长,最大程度的减少了信号Skew;通过采用1.1的叠层设计,为高速信号提供了完整的地平面作为回流平面,减少了高速信号反射和地弹的影响;阻抗连续性方面,在信号经过SMT焊盘时,把焊盘下的铜平面挖掉来增大该处的阻抗,达到与走线的阻抗相匹配。

3.1.3高速信号过孔设计。信号的过孔(VIA)用来连接不同层的信号线。当连接的信号是高速信号时,过孔会产生相当大的寄生电感和寄生电容。本主板上万兆信号的过孔通过增加抵抗衬垫(Anti-pad)来降低寄生电感和寄生电容的影响;在高速信号换层时,增加GNDreturnvia以保证信号线过孔换层走线时,其回流路径能够连续;另外,在主板加工时,使用了背面钻孔(backdrill)工艺,把过孔上不做信号传输的步伐(ViaStub)钻掉以降低信号反射,从而进一步保证了高速信号的阻抗连续性。

3.1.4PCB板材的选用。板材对PCB设计和加工影响最大的因素主要是介电常数和损耗因子。对于多层板设计,板材选取还需考虑加工冲孔、层压的性能。1)一般的PCB设计,可以选用FR4。FR4的优点是成本低、多层压制板工艺成熟,缺点是不同厂家以及不同批次生产的FR4板材掺杂不同,介电常数不同(4.2-5.4)且不稳定。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2)工作在几个Gbps的信号,可以选用改性环氧树脂材料,其介电常数在几Gbps时比较稳定、成本较低、多层压制板工艺与FR4相同。3)由于本主板中相当一部分信号速率工作在10Gps,因此选用了高频板材,高频板材的介电常数相当稳定、损耗因子较低、耐热特性好、加工工艺与FR4相当,兼顾了信号完整性与成本的要求。

3.2高速信号电源完整性设计

3.2.1电源分配系统的设计。主板的电源分配系统在布局布线之前就已经做了充分的规划,给系统主电源、CPU电源、各个主芯片和接口的电源预留了足够的铜皮宽度,保证了供电电流有足够的余量。同时,为了降低电源系统的纹波,采用了以下的措施来降低电源分配系统的阻抗:1)每个芯片的入口使用较厚、较宽的电源铜皮,同时避免在某个位置集中打过孔(Via)以保证电源和地平面的完整。2)各个电源分配系统远离晶振等干扰元器件,保证为主芯片提供无干扰的回流通路。3)在叠层设计时,就考虑电源层和地层的间距尽量小,保证了最低的电源阻抗,并有效抑制了高频噪声。4)配置了足够的、均匀分布的去耦电容,有效降低了电源噪声。

3.2.2电容的应用。在主板的布局布线过程中,充分考虑了旁路和滤波等电容的放置,以更好的滤除电源上的高频干扰,使每个电源的输出电流更加平滑。1)尽量减小电容的引线或者引脚的长度,并使电容和PIN管脚的连线尽量宽,必要的时候使用了铜皮连接。2)电容尽量靠近元器件PIN放置,并尽量使用表贴型(SMT)电容。3)电容之间不共用过孔,使用了多个过孔连接电容和地。4)电容的过孔尽量靠近焊盘放置。

随着半导体工业和计算机工业的飞速发展,PCB设计也会面临更多的挑战,需要综合运用信号完整性分析的方法来指导高速PCB设计。同时,这种基于信号完整性分析的高速信号PCB设计也需要不断的完善和提高,从而带动高速PCB设计方法的提升,而高速PCB设计方法的提升同时也会促进PCB产业乃至整个电子行业的持续进步与发展。

4三层交换机应用与设计

为了提高场馆组网可靠性,场馆展示系统的网络部署架构采用多层模式,可以有效的分担负载流量,以便网络能够有效承载各种应用层的业务,降低由于设备配置不当或者设备故障引起的一系列网络无法传输信息的问题发生率,提升网络安全性能[3]。

4.1路由通信。路由通信是三层交换机的核心功能,其可以加快大型局域网内部数据传输和交换能力,实现一次路由、多次转发的功能。三层交换机数据包路由转发采用硬件器件完成,可以满足高效率的需求;路由表维护、路由信息更新、路由确定和路由计算等功能可以使用软件完成,既可以实现高速转发数据包,又可以根据不同的网络拓扑结构优化网络性能,比如提高安全性和可靠性。

4.2安全管理机制。三层交换机与路由器功能一致,其具备访问控制列表功能,按照不同的终端功能类型划分VLAN,实现VLAN内部、VLAN间的单向或双向通行,并且可以在访问控制列表中设置用户访问权限,禁止访问安全级别较高的服务器,保障场馆展示系统的安全性。

4.3多媒体传输控制。场馆展示系统运行时,其存储转发的信息多为音视频多媒体数据,这些信息容量大,需要占用较高的带宽资源,三层交换机具有QoS(服务质量)的控制功能,可以给不同的用户访问程序独立分配带宽资源,保证音视频多媒体传输的稳定性、流畅性和完整性,可以提升用户的访问体验效果,更好地普及智慧场馆建设应用。

5结束语

综上所述,加强对多用途光纤通道交换机设计的研究分析,对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义,因此在今后的多用途光纤通道交换机设计过程中,应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度,并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献:

[1] 张婷.计算机技术在智慧城市各领域中的应用[J].计算机光盘软件与应用.2017

[2] 张丽,夏世民.计算机智能视频监控之目标跟踪的探索与研究[J].电脑知识与技术.2017

论文作者:燕旭

论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期

论文发表时间:2018/1/30

标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

多用途光纤通道交换机的设计与实现论文_燕旭
下载Doc文档

猜你喜欢