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新型电线和光纤几何结构实现高速电缆传输
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新型电线和光纤几何结构实现高速电缆传输

2022-05-17 09:52:46 来源:连接器世界网 作者:《Connector Tips》编辑Ed Cady

【哔哥哔特导读】最新的高速传输电缆受益于光纤和铜线的使用,它们提供了独特的外形尺寸和可定制的解决方案。

最新的高速传输电缆受益于光纤和铜线的使用,它们提供了独特的外形尺寸和可定制的解决方案。

通常,数据传输铜线和光纤导体是圆形或圆柱形的。在铜导体上添加镀银有利于高频电传输路径。光纤导体是用气化的稀有元素铸造而成的,这些元素与外包层一起确保光子以螺旋波的形式通过光纤。

在大多数情况下,信号完整性工程师建议在芯片、电路板、隔板 IO 面板和下一个盒子之间使用相同的传输几何结构。最小化几何过渡区可支持更好的整体信令性能和链路到达预算,同时降低 dB 损耗数。

端接技术

所选的铜导体端接方法可以为工艺制造工程和生产能力提供重要价值,支持健康的投资回报。当然,选择会受到应用的影响,包括停留时间、温度范围、工具尺寸、设备类型和化学选项。这通常包含在 NDA 中。

有趣的是,一些供应商想出了如何将圆形导线焊接到可插拔连接器的 PCB 焊盘上,而不是焊接。几年来,将圆形、镀银、双轴导线焊接或焊接到扁平焊盘上,意味着具有光滑、平衡的焊角或焊接接头。这些仍然在某些应用中使用。

然而,现在“铸造”圆形导线的末端以更好地匹配插头连接器触点的冲压几何设计也并不少见。有时,触点被铸造以紧密匹配圆形导体的几何形状。

通过使用宽热棒回流焊方法,Meritec 的 50 双轴将改进的 MDR 连接器与中心接地条配对,使用与锥形圆线端接区完美匹配的触点。这种高速电缆组件被选中并用于曾经流行的 NumaLink IO 接口的双速速率。

图1:可插拔电缆末端的早期原型,其外屏蔽层已移除但未完全清理。

为了与更高一代 IO 速率的发展相匹配,迫切需要更对称的铜电路终端、极小的终端区域/焊盘以及更小的触点和连接器。这也推动了对 CX-4 和可插拔 IEEE-802.3 以太网连接器和电缆的需求。

先进的几何终端开始包括导体对接接触对接红色 YAG 焊接激光器,它有轻微的烟灰问题,但部分被更清洁的绿色 YAG 焊接激光器和自动化设备取代。焊接的导线和触点依靠分子间融合而无需焊接。如有必要,可以在焊接区域涂上少量优质银漆(与铜芯的银板紧密匹配),以实现更高速度的信号传输性能。

使用的其他端接方法包括电阻回流焊、热风刀回流焊和氢气微焰炬。

自动化方面的最新进展改进了屏蔽层、导体、绝缘层、机器视觉和在线生产测试的精密激光修整。一些制造商已将其自动化的双连接器和电缆生产线连接到一条电缆装配线中,以支持现在所需的更高产量,尤其是数据中心行业。

对扁平或矩形导体的需求也在不断增长,以支持更小尺寸设备中每通道 56 和 112G 铜、差分对应用。

此类产品很可能会用于下一代内部视频标准接口和应用。他们可能需要先进的扁平和带状电缆,而不是 FFC 和 FPC 连接器和电缆。这是因为扁平电缆导体通常更容易和更可靠地端接扁平 PCB 焊盘,至少在信号完整性方面如此。

事实上,扁平射频线 75 和 50ohm 选项已经可用。与相同厚度的标准圆同轴线相比,可实现更好的插入损耗。目前,椭圆形、卵形、椭圆形、滚花和其他导体几何形状设计也在针对特定应用进行评估。

图3:ACES Group 使用扁平导体的 0.7 毫米厚的接地信号接地原型样品图像。

新发展

圆形空芯光纤的使用已显著增加,因为事实证明它在光学上比标准实心玻璃光纤快 50%。这对于投资者、金融家、银行机构常用的 FinTech(金融技术)有线网络系统尤其重要。

激光设备中的对准需要细致的中空光纤端接工艺。精确的光纤对准对于满足8、16和32+光学空芯光纤连接器和电缆组件的尺寸均匀性要求至关重要。

先进数据中心的增长导致光纤更多地用于不同的拓扑结构和加速器接口。例如,较新的高基开关拓扑需要更多的光模块和电缆。这导致了复杂性和更高的成本因素,这导致市场上的一些人考虑其他选择,例如多芯圆形电缆(8、16、32+芯)。

小型化和网格化催生了106G 每通道 IEEE-802.3cu 规范。正在开发的 IEEE-802.3df 212G per-lane 规范将支持单和多λ单光纤应用。因此,现在有一种光链路设计,每根电缆使用几根光纤,每根光纤使用石英芯,以及 1、4、8、16+λ单光纤链路。

这些新选项提供了更低的成本,并在尺寸和重量方面有所改进。与使用 64、128 和更大光纤数的光纤线束相比,这些都是主要优势。

较新的硅形光纤芯现在还提供矩形、正方形、八边形和六边形(以及更多),提供更多选择和出色的耦合效率。位于拉脱维亚里加的 Armadillo SIA 是这些独特的纤芯几何形状的供应商之一。通常,圆形包层与石英纤芯一起使用,因此光纤可以与圆形插芯和标准光连接器一起使用。

Armadillo 还提供锥形光纤解决方案和支持许多高级应用的单根电缆中的非圆形光纤。他们通常使用符合熔融非圆形芯的氟化二氧化硅包层,仿真其光学特性。它们的角光纤芯与二极管激光设备配合得很好。

图:4:犰狳的角度和多核选项。

最后的想法

数据中心外部 DAC 通常使用圆形铜导体,与可插拔插座电气匹配。这些插座正确支撑内部铜缆的圆形导体,这些导体从IO面板连接到开关或控制器芯片。

但是,预计某些内部跨接铜电缆设计可能会改变并改用扁平双轴导体。当AOC或AOM可插拔选项比 DAC 更受欢迎时,尤其如此。CPO 互连已经在使用各种光纤组件来连接面板和中板。

圆形光传输格式非常适合用于 VCSEL 等应用,以确保高质量的光子传输性能。在使用可插拔类型(例如 SFP112、QSFP112、QSFP-DD112 和 OSFP112 )。

内部和圆形光纤电路板可能会更频繁地用于传输模块、交换机、服务器、存储、持久内存和视频采集器。

同时,非圆形核心和光纤可以证明对嵌入式计算和工业网络类型/应用和细分市场有用。随着光学技术在汽车行业等其他行业的发展,对独特或不同光纤和纤芯形状的需求可能只会增长。

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