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如何提高同軸線纜傳輸信號完整性?

    作者:宏拓新軟件
    發布日期:2023-12-11         
閱讀:63     
 
 

使用帶有槳卡的連接器能否提高信號完整性(SI)性能?

測試案例

在上圖測試案例中,將具有高SI性能的槳卡與低高度連接器高度結合起來,實現理想的解決方案。

基礎設施通信設備,如服務器和交換機,在企業計算環境中已經變得越來越快。因此,必須提高這些系統中使用每個組件的信號完整性(SI)性能,并在確保設備性能方面發揮作用。傳統印刷電路板(PCB)傳輸會產生較大插入損耗。

在降低連接器高度的同時,傳輸損耗需要必須得到改進。連接器可能需要放置在散熱器下(如圖2所示),以使其更接近ASIC(應用專用集成電路),從而減少PCB傳輸損耗。

下面的圖1顯示了從ASIC到I/O的常規PCB路徑傳輸。

從ASIC到I/O的常規PCB路徑傳輸

現有微同軸連接器產品在13 GHz以下沒有出現傳輸質量問題。然而,共振發生在目標頻率17 GHz附近,導致傳輸質量惡化。

下圖1和圖2顯示了傳統連接器產品的近端串擾(NEXT)和遠端串擾(FEXT)。紅色的圓圈表示共振點。

傳統產品的近端串擾(NEXT)和遠端串擾(FEXT)

所發生的共振頻率取決于地面返回路徑的長度。如果地面返回路徑長度(波長“λ”)較長,則諧振頻率出現在低頻段。相反,如果接地返回路徑長度較短,則諧振頻率出現在高頻頻段。

使用線纜來解決主要挑戰,跨越線束作為一種可能解決方案正在引起人們的注意。圖2顯示了從ASIC到I/O的跨越線束傳輸,而不是像上面的圖1所示的PCB傳輸。這種解決方案可以通過使用低輪廓連接器最小化PCB路徑長度來減少傳輸損失,該連接器可以放置在散熱器下(更靠近ASIC),并使用直接端接電纜到I/O連接器。

從ASIC到I/O的跨越線束傳輸

圖3為傳統微同軸連接器產品的插頭和插座的配合結構。由于連接器的結構原因,接地路徑不易設置。

從ASIC到I/O的跨越線束傳輸

圖3。無槳卡接頭的橫截面。(綠色中的區域表示共振區域。)

通過用槳卡替換現有插頭,可以縮短接地路徑長度。這將共振推到一個更高的頻率。

什么是槳卡?

槳卡是使用PCB或柔性印刷電路(FPCs),電纜可以終止到其中。允許添加多個接地返回路徑。使用槳卡,簡化了阻抗匹配,提高了更高頻率下的信號完整性。

下面的圖4顯示了一個傳統的微同軸線束的外觀。圖5顯示了一個帶有槳卡的微型同軸線束的外觀。配置在連接器觸點(墊)上。

傳統的微同軸線束的外觀、帶有槳卡的微型同軸線束的外觀

下圖6顯示了帶有槳卡的微同軸連接器的插頭和插座的配合結構?梢酝ㄟ^連接器槳板卡設置許多路徑,從而獲得更大的設計靈活性。

槳卡產品的橫截面圖。(綠色中的區域表示共振區域。)

圖6。槳卡產品的橫截面圖。(綠色中的區域表示共振區域。)

通過使用槳卡,可以調整連接器信號線寬度到特定的要求,并可以很容易匹配特征阻抗。

圖7顯示了組裝在槳板卡上的微同軸連接器電纜。槳卡接觸片的寬度必須匹配插座。接觸片可以在非接觸區域變窄,優化特性阻抗。

組裝在槳板卡上的微型同軸電纜

測試結果

* 使用分析軟件Ansys HFSS 19.0進行模擬設置

* 頻率:0-40 GHz

* 電纜:微型同軸電纜,AWG #36,42.5歐姆

* 電纜長度:254 mm (10英寸)

特性阻抗改進

現有微同軸連接器產品的特征阻抗在73-94歐姆之間。然而,槳卡產品改進的阻抗范圍從84-93歐姆。下面的圖3顯示了這種比較。

現有產品的特征阻抗在73-94歐姆之間。然而,槳卡產品改進的阻抗范圍從84-93歐姆。

改進NEXT和FEXT

槳卡產品可以改變連接器諧振頻率。如下圖所示,共振頻率已從17 GHz到33 GHz。因此,現在可以傳輸到25 GHz頻段。

圖4和圖5顯示了NEXT和FEXT的結果。這些是沒有槳卡的微型同軸連接器和有槳卡的改進產品之間的比較。紅色圓圈表示共振點。

NEXT和FEXT的結果

改善插入損耗和回程損失

通過連接器改進特性阻抗,改進插入損耗和回程損耗。圖6和圖7顯示了插入損失和回程損失的結果。這些是現有產品和改進產品的比較。

插入損失和回程損失的結果

總結

測試結果證實,使用帶有槳卡的連接器已經提高了SI的性能。在內部空間有限的布局中,如服務器和交換機,具有高SI性能的槳卡結合低高度連接器是一個理想的解決方案。

 

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