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如何提高同轴线缆传输信号完整性?

2023-12-05 15:38:20 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 点击:4351
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使用带有桨卡的连接器能否提高信号完整性(SI)性能?

测试案例

在上图测试案例中,将具有高SI性能的桨卡与低高度连接器高度结合起来,实现理想的解决方案。

基础设施通信设备,如服务器和交换机,在企业计算环境中已经变得越来越快。因此,必须提高这些系统中使用每个组件的信号完整性(SI)性能,并在确保设备性能方面发挥作用。传统印刷电路板(PCB)传输会产生较大插入损耗。

在降低连接器高度的同时,传输损耗需要必须得到改进。连接器可能需要放置在散热器下(如图2所示),以使其更接近ASIC(应用专用集成电路),从而减少PCB传输损耗。

下面的图1显示了从ASIC到I/O的常规PCB路径传输。

从ASIC到I/O的常规PCB路径传输

现有微同轴连接器产品在13 GHz以下没有出现传输质量问题。然而,共振发生在目标频率17 GHz附近,导致传输质量恶化。

下图1和图2显示了传统连接器产品的近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。红色的圆圈表示共振点。

传统产品的近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)

所发生的共振频率取决于地面返回路径的长度。如果地面返回路径长度(波长“λ”)较长,则谐振频率出现在低频段。相反,如果接地返回路径长度较短,则谐振频率出现在高频频段。

使用线缆来解决主要挑战,跨越线束作为一种可能解决方案正在引起人们的注意。图2显示了从ASIC到I/O的跨越线束传输,而不是像上面的图1所示的PCB传输。这种解决方案可以通过使用低轮廓连接器最小化PCB路径长度来减少传输损失,该连接器可以放置在散热器下(更靠近ASIC),并使用直接端接电缆到I/O连接器。

从ASIC到I/O的跨越线束传输

图3为传统微同轴连接器产品的插头和插座的配合结构。由于连接器的结构原因,接地路径不易设置。

从ASIC到I/O的跨越线束传输

图3。无桨卡接头的横截面。(绿色中的区域表示共振区域。)

通过用桨卡替换现有插头,可以缩短接地路径长度。这将共振推到一个更高的频率。

什么是桨卡?

桨卡是使用PCB或柔性印刷电路(FPCs),电缆可以终止到其中。允许添加多个接地返回路径。使用桨卡,简化了阻抗匹配,提高了更高频率下的信号完整性。

下面的图4显示了一个传统的微同轴线束的外观。图5显示了一个带有桨卡的微型同轴线束的外观。配置在连接器触点(垫)上。

传统的微同轴线束的外观、带有桨卡的微型同轴线束的外观

下图6显示了带有桨卡的微同轴连接器的插头和插座的配合结构。可以通过连接器桨板卡设置许多路径,从而获得更大的设计灵活性。

桨卡产品的横截面图。(绿色中的区域表示共振区域。)

图6。桨卡产品的横截面图。(绿色中的区域表示共振区域。)

通过使用桨卡,可以调整连接器信号线宽度到特定的要求,并可以很容易匹配特征阻抗。

图7显示了组装在桨板卡上的微同轴连接器电缆。桨卡接触片的宽度必须匹配插座。接触片可以在非接触区域变窄,优化特性阻抗。

组装在桨板卡上的微型同轴电缆

测试结果

* 使用分析软件Ansys HFSS 19.0进行模拟设置

* 频率:0-40 GHz

* 电缆:微型同轴电缆,AWG #36,42.5欧姆

* 电缆长度:254 mm (10英寸)

特性阻抗改进

现有微同轴连接器产品的特征阻抗在73-94欧姆之间。然而,桨卡产品改进的阻抗范围从84-93欧姆。下面的图3显示了这种比较。

现有产品的特征阻抗在73-94欧姆之间。然而,桨卡产品改进的阻抗范围从84-93欧姆。

改进NEXT和FEXT

桨卡产品可以改变连接器谐振频率。如下图所示,共振频率已从17 GHz到33 GHz。因此,现在可以传输到25 GHz频段。

图4和图5显示了NEXT和FEXT的结果。这些是没有桨卡的微型同轴连接器和有桨卡的改进产品之间的比较。红色圆圈表示共振点。

NEXT和FEXT的结果

改善插入损耗和回程损失

通过连接器改进特性阻抗,改进插入损耗和回程损耗。图6和图7显示了插入损失和回程损失的结果。这些是现有产品和改进产品的比较。

插入损失和回程损失的结果

总结

测试结果证实,使用带有桨卡的连接器已经提高了SI的性能。在内部空间有限的布局中,如服务器和交换机,具有高SI性能的桨卡结合低高度连接器是一个理想的解决方案。

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