連接器設計解決數據速率和密度挑戰問題
發布時間:2019-01-14 責任編輯:xueqi
隨著對帶寬需求的不斷增加,對係統內更高數據速率的需求也在不斷增加。曾經1到3Gbps,接著轉向到4到8 Gbps,現在我們接近28 Gbps,並預計進入56 G。這一趨勢最近被推動到DesignCon 2018,許多參展商展示了以112 Gbps運行的互連 PAM 4。

雖然數據通信和電信行業正在努力推動這些前沿的數據速率,但要實現這一性能遠比說起來困難得多。設計挑戰包括PCB上的路由複雜性,以及對更高層數的潛在需求。對於更長的走線長度,可以采用具有較低介電常數和重新定時器的更具奇特性的PCB材料,以減輕降級信號損失。所有這些因素都會增加係統成本。
除了材料和成本之外,設計師還經常麵臨成品尺寸減小的挑戰。移動和手持設備的激增推動了這一趨勢,以及電信、高功率計算機、醫療設備、航空航天和國防,甚至工業應用等行業的新要求。

此外,新的高數據速率芯片組(當然設計為產生盡可能少的熱量)仍然產生熱量。這些通常需要更多更大的散熱器,這進一步使設計困境複雜化。
顯然,對更小、更高帶寬PCBdebuduanzengchangdexuqiutuidonglehulianxingyedeyanfa。weijianjuhegaosuhulianxitongdexiaoshouwenbuzengchang。youqudetixingshidaduoshugaosuhulianyeshiweijianju。danshi,huliandejianjuyuexiao,shixiangenggaodaikuanjiuyuekunnan。
更geng小xiao更geng緊jin的de間jian距ju互hu連lian係xi統tong帶dai來lai了le一yi係xi列lie新xin的de電dian氣qi挑tiao戰zhan,例li如ru串chuan擾rao和he插cha入ru損sun耗hao。這zhe主zhu要yao是shi由you於yu一yi個ge差cha分fen對dui與yu下xia一yi個ge太tai接jie近jin,從cong而er減jian少shao了le布bu線xian空kong間jian,減jian少shao了le接jie地di引yin腳jiao。
與許多設計挑戰一樣,有幾種方法可以解決這個問題:
PCB布局
設計師可以通過對其電路板布局進行戰略性考慮來緩解這些問題。精心規劃的走線設計和布線、接地位置、過孔等可提高PCB數據速率。PCB設計策略超出了本文的範圍,但存在大量工具、資源和人員來協助這項工作。例如,Samtec擁有Signal Integrity Group和Teraspeed Consulting來協助解決這些問題。
高速微間距互連設計
盡管小型化和更高數據速率的目標存在衝突,但連接器製造商可以在性能和占用空間尺寸方麵取得平衡。
這些連接器設計策略的一個例子是名為EdgeRate®的接觸。該接觸設計用於更高周期的應用,同時適應更高的帶寬。例如,0.8mm間距邊緣速率互連的額定值為56 Gbps PAM4。在帶寬和間距之間實現這種平衡的方法之一是在塑料體中設計和放置銷。具體而言,Edge Rage接觸的薄而窄的切割邊緣並排放置。這使平行表麵積最小化,這減少了寬邊耦合和串擾。

提高連接器性能
用於實現高帶寬微間距互連的其他連接器設計策略包括但不限於:
· 在設計的早期階段執行多個模擬循環,以便在開始昂貴的加工過程之前準確地量化產品性能。
· 連接器配對時,最小化接觸區域中的過孔stub。從機械角度來說,過孔stub越長,可靠性越好,但是過孔stub是一種像天線一樣的電氣負荷。
· 簡化接觸幾何形狀,以提高信號路徑性能。
· 縮短引腳長度以最小化信號必須傳播的距離。
· 盡可能包括不對稱的占位和接觸;交替設計減少了引腳行之間和行之間的成對對的串擾。換句話說,占位應該驅動連接器性能。
· 優化連接器分支區域(BOR)。將連接器視為鏈路中的關鍵節點;不僅關注節點,還關注鏈接。
· 在空間允許的情況下,將共同的地平麵插入連接器。
塑料成型的產品顯然會影響連接器的性能。在其他問題中,我們仔細考慮以下屬性:
· 適用於RoHS的高溫塑料
· 匹配Dk以獲得所需的阻抗控製
· 溫度和時間的尺寸穩定性
最重要的是,信號路徑(和連接器接觸)越(yue)短(duan)越(yue)直(zhi),信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)能(neng)越(yue)好(hao)。但(dan)平(ping)衡(heng)作(zuo)用(yong)是(shi)連(lian)接(jie)器(qi)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)正(zheng)向(xiang)力(li)和(he)拔(ba)出(chu)力(li),以(yi)及(ji)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)堅(jian)固(gu)性(xing)。後(hou)麵(mian)的(de)考(kao)慮(lv)通(tong)常(chang)會(hui)降(jiang)低(di)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)性(xing)能(neng)。
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