一种符合G比特信号要求的高速高密度连接器

摘 要:目前,夹层连接器面临着高数据传输速度的电讯和数据通信系统的严重挑战，开发一种高速、高密度的并行板式连接器解决方案已经迫在眉睫。

关键词: 夹层连接器;数据信号;传输速度;信号的完整性

1 引言

目前，印刷电路板上的数字信号的传输速度早已达到5Gbit/s的水平，今后几年其数字信号传输速度可望进一步扩大到10Gbit/s。这种发展趋势将会驱动背板和夹层连接器的市场需求，以满足该系统信号完整性的要求。

带宽的大幅增大已经影响了连接器容量、串扰、阻抗、电感和反射等方面的性能。 一些工业标准在高速通道或信道上具有相应的总线结构,其速度达到 2.5~3.187 G bits/条。这包括10G以太网( IEEE 802.3 ak- CX4)、InfiniBand、10 G光纤信道、串联 SCSI(SAS)和串联ATA2(SATA-2)。结果，这些系统不仅需要符合更高规格要求的连接器，而且需要满足其高密度的要求。

于是,一些高速背板连接器便应运而生了。通讯和数据通信市场是驱动更高速度连接器的动力之源,特别是背板、板-到-板和输入/输出型高速连接器。设计这些连接器可以解决信号带宽、信号损失和电缆管理方面所出现的一些问题。为了适应高速应用领域的技术需要，设计人员需要考虑许多特殊要求, 尤其是接地区域、接触件格栅和屏蔽层。

这种巨大挑战主要来自接地系统。连接器中的接地面以及信号引脚相对于接地面的特别位置可以控制住较高的频率。与高速、高密度趋势并行不悖的是连接器的小型化发展趋势。这在一些消费类和通信应用领域中起着十分重要的作用。

在新的数字系统中,数据必须以数千兆位的速度进行传输。 因此，设计人员只有把连接器视为系统传输线路的一部份, 而且要考虑到其阻抗、增殖延迟、扰曲串扰等问题。背板已经变为每套系统元件之间互连的核心。连接到背板的夹层连接器和电缆互联器件是使系统能够以数千兆位进行传输的基础结构，见图1所示。因此，设计人员在初步设计过程中也应该考虑到背板和夹层连接器的设计要求。

图1 夹层连接器允许不同电路板以一种板到板方式共享高速信号

在高速传输系统中，差分信号传输方式将逐渐取代单端信号传输方式。这表明，该信号可以代表一对专用线路之间的一种电压差。因此，差分信号需要为各条信号提供两条独立的线路。但是，它可以更为有效地隔绝噪音(串扰和电磁干扰)，而且可以在较低的信号电压条件下正常运行。

几个G比特背板和夹层连接器必须小心翼翼地控制整个连接器信号通道的阻抗。因为特性阻抗与连接器的几何外形和材料具有一定的函数关系，其中，每个变量都可以改变阻抗，而且可以产生信号反射。导体间隙和整体接地屏蔽对目标阻抗的影响很大, 在单端传输模式中，信号-接地之间的典型阻抗为50Ω，差分应用领域信号-接地之间的典型阻抗一般为100Ω。

2 两条信号传输通路

为了控制阻抗，减少串扰,改善差分对之间的耦合性能,高速传输连接器已经进入全屏蔽保护结构时代，其性能相当于一条双轴线缆。差分对信号必须同时到达其传输的目的地，因此，在连接器中的传导路径长度上必须精心设计，以便将差分对的长度差和产生的信号扭曲降到最低程度。穿孔电镀的容量也是产生噪音和反射的一个重要来源。因此，采用表面安装技术(SMT)或穿孔回流焊接端子的连接器可以提供最佳的信号完整性。

可以采用背板、高速夹层连接器以及高性能的电缆组件以达到10 Gbit/s的传输速度。一个典型的例子就是采用专用的高速差分信号传输, 它可以广泛地应用于各种应用领域,包括 Advanced TCA 规范。“L”形整体屏蔽可以提供必要的机械牢固性和差分对之间的绝缘性能，这样信号在通过连接器之后能够达到更好的完整性。该连接器已经在高达10 Gbit/s的线路传输中得到实践的检验和测试。这种连接器有两种商用供应来源，其中一家供应商可以根据设计提供一种电缆连接器。这样就可以在2.5 Gbit/s~ 10 Gbit/s的高速差分传输应用中通过较细的电缆保证数据能够安全、可靠地进行传输,并保证信号在传输过程中同样具有很高的完整性。

3 夹层设计要求

正如背板连接器及相关的电缆组件可以确保板到背板以及板道外围设备的高速连接，夹层连接器是一种高密度、节约空间的叠层连接器，采用这种连接器可以实现PCB的并联。它们可以用来将高针数连接器件置放于夹层卡上，这样在不影响系统性能的前提条件下可以简化电路板的线路选择。

目前，市场上已经相继出现了几种通行的夹层标准如 CMC、PMC和VIM以支持其构造的多样化和板基系统设计人员所要求的性能。ANSI-VITA 32 处理器PMC(PrPMC)标准进一步扩展了 CMC/ PMC(PCI夹层卡)的功能特性。而扩展型目前正由VITA组织按照VITA 42 x XMC 标准草案积极进行开发。PICMG也在开发一种新的PICMG AMC.x Advanced MC系列的夹层规范标准，其目标就是Advanced TCA 应用。这些新的夹层标准主要目标瞄准高速、高带宽输入/输出信号的传输。