选择和成功实现高速连接器的操作指南
2019-01-03 13:44:30 来源:连接器世界网 作者:Air Rock公司信号完整性产品工程经理Michael Rock 点击:1720
【哔哥哔特导读】在设计利用高速互连的应用时,在信号路径上浏览所有潜在的减速带是至关重要。必须了解并掌握以下因素:叠层、公差、通孔设计、迹线宽度、镀层和铜蚀刻,以实现最佳信号路径。 任何设计清单都应该包含连接器。如果没有仔细检查,连接器可能会严重影响系统的信号完整性。
在设计利用高速互连的应用时,沿信号路径导航所有潜在的减速块至关重要。必须理解和掌握包括:叠层、公差、通孔设计、迹线宽度、电镀和铜蚀刻的因素,以实现最佳信号路径。 任何设计清单还应包括通常被忽略的连接器。如果不仔细检查,连接器可能会对系统的信号完整性造成严重破坏。
一个合适的连接器应该提供一些关键元素:
在有用的带宽上匹配阻抗为了确保连接器为信号提供低损耗和匹配阻抗,必须考虑散射或s参数。S参数指定了线性电网的性质,并确定了电路的带宽和损耗,从而可以窥探其性能潜力。S参数数据由制造商提供,作为表征其连接器的一种方式,并且应该是高速连接器时考虑的第一个标准。设计人员还应该在时域中转换和观察参数,作为时域反射计(TDR)图,并看看内部的阻抗曲线是什么样的。
由于连接器有很多种类(例如,端接类型、内部信号长度、材料等),因此设计人员需要了解如何创建s参数文件。在盲目地将试金石文件放入模拟并信任结果之前,询问供应商几个问题是很重要的,包括:
1.您的预期引脚与模拟引脚匹配吗?
2.其他引脚是如何端接的?
3.提供的数据使用了什么布局?
4.有没有尾巴(stubs)?
5.用于表征的端子类型是什么? (例如,镀通孔、表面贴装、压合)
6.夹具如何嵌入或测量中包含哪些内容?
7.这是我需要的确切零件号吗?
质量供应商为每个客户的预期用途提供模拟和测量相关的数据,以便更准确地评估连接器对设计的影响,并增强他们对模拟数据的置信度。
选择连接器时的另一个重要标准是PCB端接选项。连接器通常有多种端接类型,包括(但不限于)表面贴装、压接和孔内焊(PIH),每种都有明显的优点和缺点。压接端子非常坚固,可为PCB提供最大的保持力和连接性,但也为高速应用带来了严峻挑战。将信号从高密度压配连接器中引出可能需要高层数的PCB,从而通过电镀孔向上延伸最长路径以到达连接器。钻孔的细长路径和固定直径会对较高频率的信号产生明显的不连续性,并可能妨碍高数据速率。
表面贴装端子更适合高速设计,并且在匹配连接器发射点的阻抗时可实现最大的灵活性。设计人员可以直接进入连接器的焊盘或使用选择的钻孔来提供通过PCB的路径。此外,过孔可以埋在PCB内或反向钻孔,以减少未使用的过孔尾巴,并通过压配端接方式改善频率响应。这种端子方法为高频设计提供了最大的好处,但不一定非常强大。表面贴装连接器通常需要一些额外的加固,例如安装硬件,以确保与PCB的牢固连接。
PIH端子混合了前两种类型。与压接类似,PIH端子具有较短的非压插销,插入电镀通孔印迹并焊接到位。主要区别在于引脚要短得多,并且可以对孔进行反钻以去除信号上的多余尾巴。这种高密度连接器仍然是突破PCB的挑战。精选供应商提供的短至10mm引脚,以提供改善的高频响应和与PCB的坚固连接。每种端接方式在从PCB转换到连接器时都会出现信号阻抗的不连续性,每种端接方式都允许设计人员通过不同的自由度来最小化不连续性对信号完整性的影响。
选择用于高速设计的连接器时,考虑它如何与插拔连接器接触也很重要。有几种插拔接触方法,每种方法都有其独特的一系列优点和局限性,这些优点和局限性会影响整体设计的信号完整性。边缘安装连接器是一种流行的插拔接触方法。这些连接器具有弹簧针,其沿着PCB焊盘滑动以在单个点处进行电接触,这允许信号中的最小不连续性,但是在高冲击和振动应用中可能会是有害的(或需要额外的保持方法)。许多MSA标准设计(例如,SFP、SFP +和QSFP)使用这种类型的电接口。
压接连接在坚固的应用中得到更广泛的应用。这个相当基本的系统包括一个带有插座的母侧和一个带有弹簧销的公头(用于插座插入)。这种插拔类别具有两个或多个接触点,并且与边缘安装插拔系统中提供的单点接触相比可以提供多种优势。由于专为高可靠性、高速产品而设计,图1所示的多个触点具有较低的接触电阻和信号电感,以及可靠且坚固的连接,可确保承受极端振动。但是,插针和插座触点可能比边缘触点长,如果设计不当,可能会出现更大的不连续性。因此,研究制造商提供的s参数和阻抗图是至关重要的。
图1.Airborn的verSI压接式插针和插座连接器可在极端振动的高速应用中提供坚固、可靠、低电感的连接。
此外,在设计速度时,考虑相对于占地面积的吞吐量非常重要。图2比较了两个基本系统:一个带有25G/信道QSFP连接器,另一个带有10G/信道HD4连接器。由此产生的输出(4320Gbps与3600Gbps)表明,通过连接器设计实现的卓越密度可以使10G HD4连接器的数据吞吐量高于同一机架系统中的高速25G QSFP连接器,从而节省了组件、能源成本,可能甚至数据中心的平方英尺。
图2.AirBorn的10G HD4连接器专为高密度设计,可在同一机架系统内提供比25G QSFP连接器更高的吞吐量,从而节省组件和能源成本。
在一天结束时,设计师需要从A点到B点获得强大/不受干扰的信号,并且正确的连接器是该过程中的关键因素。 毕竟,即使是高速连接器,如果它们经历间歇性打开也不会有益。最高质量的供应商提供多种连接器,以用于高速和高可靠性解决方案,端到端通道解决方案,与客户密切合作,评估他们的个性化需求,并以最小的信号降级开发出最佳的互连解决方案。 设计师有许多连接器选项可供选择,因此应密切关注关联数据并明智地选择。
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