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如何选择和成功安装高速连接器?

2018-06-11 18:02:09 来源:连接器世界网

【大比特导读】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,而这些连接器往往被忽略。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。

AirBorn公司信号完整性产品工程经理Michael Air

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,而这些连接器往往被忽略。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。

 

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正确的连接器应该提供几个关键要素:

在目标带宽上配接阻抗

低于目标带宽的插入损耗

可靠连接到PCB

可靠连接到电缆系统

为了确保连接器可以为信号提供低损耗和配接阻抗,必须查看散射或s参数。S参数详细说明了线性电网的特性,并确定了带宽和电路损耗,从而揭示了其性能潜力。S参数数据由制造商提供,作为表征其连接器的一种方式,并应成为设计高速连接器时首先考虑的标准。设计师还应该在时域中转换并观察s参数,以及时域反射(TDR)图,并查看内部阻抗曲线。

由于连接器有很多种类(例如,端子类型、内部信号长度、材料等),设计人员需要了解s参数文件是如何创建的。在盲目地将touchstone文件放入仿真并相信结果之前,询问供应商几个问题是很重要的,其中包括:

1. 你想要的插针与仿真的插针配接吗?

2. 其他插针如何端接?

3.在提供的数据中使用了什么样的布局?

4.有没有残端?

5.用于表征的端子类型是什么?(例如电镀通孔、表面安装、压接)

6.夹具如何嵌入或测量中包含什么?

7.这是我需要的准确零件号吗?

优质供应商为每个客户的预期用途提供仿真和与测量相关的数据,从而为他们提供更准确的连接器对设计影响的评估,并增强他们在仿真数据中的置信度。

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形式,包括(但不限于)表面安装、压接和通孔锡膏(PIH),每种形式都有其独特的优缺点。压接端子结构非常坚固,可为PCB提供最大的保持力和连接性,但对高速应用也提出了严峻的挑战。从高密度压合连接器发送信号可能需要高层数PCB,从而通过电镀孔向上延伸得到最长路径,以到达连接器。钻孔的细长路径和固定直径可能会对较高频率的信号产生明显的不连续性,并可能阻碍高数据速率。

表面贴装端接更适合高速设计,并连接器发射点的配接阻抗可获得最大的灵活性。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,导通孔可以埋入PCB内,或反向钻孔以减少未使用的通孔残端,并改善压接端接方式的频率响应。这种端接方法为高频设计提供了最大的好处,但不一定是稳健的。表面贴装连接器通常需要一些额外的加固件,例如安装硬件,以确保与PCB的牢固连接。

PIH端接是前两种风格之间的混合。与压接类似,PIH端子具有较短的非压接插针——插入镀通孔足迹并焊接到位。主要区别在于它的插针短得多,可以对钻孔进行反钻以去除信号上多余的残端。这种高密度连接器要做入PCB仍然存在挑战。选择供应商提供这些短至10mm的插针,可以提供改进的高频响应和与PCB的坚固连接。在从PCB转换到连接器时,每种端接类型都存在一些信号阻抗不连续性,并且每种端接类型都使得设计人员能够改变自由度以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,考虑接触配接连接器的方式也很重要。有几种配接接触的方法,每种方法都有其独特的一系列优点和局限,从而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配接接触方法。这些连接器具有可沿PCB焊盘滑动的弹簧指,可以在单一点处进行电气接触,从而使信号的间断性最小,但在高冲击和振动应用中可能有害(或需要额外的保持方法)。许多MSA标准设计(例如SFP、SFP +和QSFP)都使用这种类型的电气接口。

压接连接更加广泛地用于坚固的应用中。这个相当基本的系统由一个带插座的母头和一个带弹簧插针的公头组成。这种配接类别有两个或两个以上的接触点,与边缘安装配接系统提供的单点接触相比,可以提供多种优势。特别为高可靠性、高速度产品设计,图1所示的多个接触点可实现较低的接触电阻和信号电感,以及可靠耐用的连接,可承受极端振动。但是,插针和插座触点可能比边缘接触长,如果设计不当,可能会出现较大的不连续点。因此,研究制造商提供的s参数和阻抗图是至关重要的。

 

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图1:Airborn的verSI®压接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的低电感连接。

另外,在速度设计方面,重要的是要考虑相对于占地面积的吞吐量。图2比较了两个基本系统:一个采用25G /通道QSFP连接器,另一个采用10G /通道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,在相同托架系统中,与更高速度的25G QSFP连接器相比,10G HD4连接器可以产生更高的数据吞吐量,从而节省组件和能源成本,并且甚至数据中心平方英尺更具潜力。

 

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图2:针对高密度设计的AirBorn 10GHD4®连接器可在同一托架系统内提供比25G QSFP连接器更高的吞吐量,从而实现组件和能源成本节省。

最终,设计师需要从A点到B点获得一个强大而不受干扰的信号,而正确的连接器是这段旅程的关键要素。毕竟,即使是最高速度的连接器如果经历间歇性打开,也是不利的。最优质的供应商提供多种连接器,以提供高速和高可靠性解决方案,端到端通道解决方案,与客户密切合作以评估他们的个别需求,并以最小的信号衰减开发最佳互连解决方案。设计师有多种连接器可供选择,因此应密切关注关联数据并明智地选择。

本文由大比特资讯收集整理(www.big-bit.com)

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