在我们今天所熟知和喜爱的高速串行/反串行(SerDes)技术出现之前，在背板中互连电路卡的唯一方法是使用宽并行总线进行互连，如图1所示。这些总线通常被限制在33兆赫。

回到20世纪90年代中期:北方电信(NORTEL)需要更换DMS超级节点交换平台的计算模块架，因为它预计几年后就会耗尽动力。为了解决这个问题，系统架构师得出结论，需要一个可伸缩的、多处理的、共享内存的计算架构来取代它。它后来被称为扩展架构核心(XA-Core)。

当时，我在北电的研发实验室贝尔北方研究中心(BNR)工作。我的任务是开发一个概念，将所有这些卡片包装在一个架子上，然后设计一个背板来互连所有东西。很明显，单个共享背板总线无法支持多处理所需的带宽和延迟。多个并行总线也不能解决这个问题，因为缺乏所有I/O所需的高密度背板连接器技术。即使我们有一个合适的连接器，并且它可以神奇地适应卡槽的限制，层数也会呈指数级增长。

不，需要别的东西。幸运的是，BNR有一个先进的技术团队，他们喜欢玩沙子，尝试新的想法。我记得有一天我去参加一个会议，看一些关于他们正在玩的一些巧妙技术的展示。

他们做了一个特别的演讲，是关于一种独特的非接触式互连技术。我立刻看到了技术解决我们问题的潜力。经过几天勾勒出一些货架包装和高级跟踪路由选项后，我提出了一些概念，最终导致专利，专有的点对多点互连解决方案，每对运行1GB/s[1]。这在1994年是闻所未闻的!

非接触技术实际上依赖于受控的电磁耦合，或简单的串扰(见图2)。在这个简单的高级框图示例中，架子上的每个电路卡将在背板上的印刷电路板(PCB)走线上传输串行数据。当差分对穿过连接器引脚场时，发射信号走线被边缘耦合到相邻的小走线，称为耦合器，大约四分之三英寸长。它们被连接到插入卡上各自的接收器引脚上。在最后一个卡槽之后，信号切换层并返回到原始插件卡，在那里它们被终止。

这种架构的美妙之处在于每个电路卡只需要一个发射器就可以将数据广播到所有其他卡。由于每个卡都有足够的接收器来监听系统中所有其他卡，点对多点互连实现了点对点网格体系结构的等效，但没有额外的引脚和PCB层的开销。此外，使用简单，廉价的2mm HM连接器实现了1GB/s的有效线路速率。这些都是相同的选择紧凑型PCI标准回到一天。

图3是背板内层核心的一部分，在层压和钻孔之前，更详细地显示了耦合器。圆形衬垫用于连接器过孔，它们用于将耦合器走线连接到连接器引脚上。差分接收器连接到插卡上的这些引脚上。左边的几行垫子是一个卡槽，而右边的几行垫子是另一个卡槽。

如果我们看一下从左边进入图片的两条走线，它们是差分对的一部分，连接到其他卡片上的发射器。每一对都使用单端走线路由，即彼此之间没有耦合。当这些走线接近第一排焊盘时，它们向下移动以确保与连接在焊盘上的耦合器走线紧密耦合。紧密耦合继续到下一组衬垫，当这对衬垫在右侧退出时，模式又重新开始。对于每个微分对，这种模式在照片上一直重复。

您可能会敏锐地注意到，底部耦合器迹连接到远端的接地垫，而上面的配对耦合器则没有。显然，这是有意为之。但是为什么要这样做呢?你可能会问?以下解释了这项专利技术背后的一些物理原理[2][3]。

当两个共面平行走线彼此靠近时，产生两种类型的串扰;反向或近端串音(NEXT);和前向或远端串音(ext)。一般来说，带状线走线只对NEXT敏感。而在微带中，它们对两者都很敏感。由于非接触式技术依赖于NEXT，所有的路由都是在带状线中完成的。

随着发射信号的传播，在图3中从左到右，发射信号的上升沿和下降沿在耦合长度的开始处启动NEXT。NEXT电压通常在等于上升时间(tr)除以两倍的传播延迟(2一系列问题);其中上升时间以秒为单位，传播延迟以单位长度的秒为单位。但由于上升时间大于延时(2TD)的两倍，所以它永远不会饱和。由于差分信号，NEXT电压在各自的耦合器上具有相反的相位。

在耦合器通孔处，由于通孔和连接器引脚的阻抗不连续而产生反射。这种反射向耦合器的远端传播(从左到右)。如果远端的两个耦合器都打开，则任何二次反射都会以相反的相位反射回接收器。当两个反射信号返回接收器时，它们加在一起，并与接收到的信号结合在一起。这就造成了符号间的干扰，如图4(A)中后缘的肩部所示。

通过在远端打开一个耦合器，并将另一个短接到地，任何二次反射噪声将具有相同的相位。现在，当他们回到接收者时，他们会取消;从而消除符号间干扰，增加眼振幅，如图4(B)所示。

你会注意到，眼波不像我们习惯看到的传统的不归零(NRZ)眼图。相反，我们观察到一个典型的NEXT眼，当耦合长度较短时，与上升时间相比。中间还有一条线。

这可以参考图5来解释。蓝色波形是NEXT电压，在耦合器的近端看到，响应于红色传输波形。注意，在传输波形的边缘过渡处只有脉冲。上升沿产生正脉冲，下降沿产生负脉冲。每个脉冲的持续时间是耦合器长度的时间延迟的两倍。

接收机使用简单的峰值检测器和锁存器将信号重新生成为原始波形。正向脉冲由正峰检测器检测到。当它越过正电压阈值(+ V_th)，则将锁存器输出设置为逻辑高电平。输出保持高电平，直到负脉冲越过负阈值(- v_th)，负峰值检测器，并复位锁存器为逻辑低。

结果出来了。DMS Supernode计算模块容量演进的必要性引领了下一代XA-Core平台的发展。在我看来，这是北电时代最后一个伟大的先进技术驱动的项目之一，最终导致了点对多点非接触式互连总线的发明[1]。这是一句老话的完美诠释，“需要是发明之母。”这也是我职业生涯中最激动人心的时刻之一。

引用:
[1]李国强，专利号6091739，“利用点对多点互连的高速数据总线技术实现点对多点互连”。
[2]王志强等，“非接触式总线的噪声消除技术”。
[3]李志强，“点对多点的千兆位背板设计”，电子工程学报，2003年5月11-16日。