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标题: 连接器的选择，宽容和灵活：使用于千兆比特应用的夹层连接器 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 13:42
标题: 连接器的选择，宽容和灵活：使用于千兆比特应用的夹层连接器
夹层连接器在先进、分散式的系统架构日愈重要。这是由于相较于大型的开关柜，越来越多的应用皆在寻求较小的外壳，进而选择可提高整合性的夹层板使用。然而，这造成对夹层连接器的要求也相应提高，因电路板上的电子数据传输速度往往高达5千兆比特/秒–并迈向10千兆比特/秒。高速的MicroSpeed连接器的高密度端子、1毫米的间距及其板对板连接的应用，符合了现代夹层应用的带宽要求。

除了面对更快的数据传输速度和电路板加剧的复杂性，夹层连接器也需要提供更高密度的端子。因此，在夹层应用中发现数百个端子并非罕见。采用双杆微型端子的MicroSpeed连接器在1毫米的间距中却可提供充裕的0.7毫米的容许公差，因此在夹层应用中可轻易的安置多个连接器在一块电路板上。除了相对减少了电路板的层数，设计工程师也受益于更大的走线灵活性。除了提供插拔更高的容许公差，它们也提供高电流载容量及信号速度。这使得50针型的MicroSpeed最低电流载流量各为1安培（在摄氏20度时)，且数据传输速度可以高达10千兆比特/秒；5针型的电源模块则可以提供更高的电流载容量，即各端子的最高电流载容量为8安培。不仅如此，MicroSpeed信号连接器和电源模块皆提供各种不同的高度，以提供灵活性的板对板距离–从5至20毫米。

图一：MicroSpeed：信号和电源连接器的夹层应用高达10千兆比特/秒

对夹层连接器的要求

什么是夹层连接器的关键标准？除了在最小的尺寸中提供最高密度的端子，它们必须能够以高达10千兆比特/秒的速度提供可靠的传输信号。除此之外，它们也必须能够同时处理差分信号和单端信号。为了达到这些苛刻的要求，特殊的端子设计和配置是必要的。空间的短缺，至使最低可能的连接器高度和紧凑的布局成为至关重要。

MicroSpeed连接器容许高达10千兆比特/秒的数据传输速度，适用于单端信号和差分信号的传输。典型的应用领域包括总线结构基于高速频道（每频道高达2.5至3.125千兆比特/秒）的现代高速电信和数据通信技术的设置。不仅如此，它们也适用于工业的应用。事实上，快速的数据传输速度固然重要，但优秀的电磁兼容往往是MicroSpeed被采用于设计中的主要原因。

单杆端子的夹层连接器在接插时偶尔会有公差导致的问题。这也是为何使用于2毫米和1.27毫米间距的双杆6型弹簧端子设计被应用在1毫米的MicroSpeed系列中。间距的缩小进而优化了接触的质量。

端子的间距和整合的屏蔽扮演了决定阻抗值的关键角色：通常单端信号的阻抗是50Ω（信号–接地）而差分信号的阻抗是100Ω（信号–信号）。为了控制阻抗，减少串扰及改进差分信号对之间的耦合，高速连接器如MicroSpeed元件装配着特殊的屏蔽结构。模块化设计及装配着屏蔽的MicroSpeed连接器系统包含两行引脚和两块朝外的屏蔽片。由于镀通孔产生的电容量会导致噪音和反射的负面影响，因此信号端子只采用表面贴端接。相较于压接针，采用表面贴信号针的连接器可以确保信号的完整性。

MicroSpeed连接器的纵向间距为1毫米，横向间距则为1.5毫米。间距尺寸因方向而有所不同以匹配阻抗。差分信号对可以作水平或垂直排列。信号对的垂直配置（横向，跨越纵向方向）以及信号针和屏蔽针的成对排列可以优化串扰。根据测量显示：当上升时间为100微微秒，串扰少于2%及反射系数少于5%（板厚度为1.6毫米），致使数据传输速度高达10千兆比特/秒的优秀眼图（标准FR4电路板，电路走线长度为100毫米）。其阻抗可确保最大眼图张度。当正负0.5V（1.0V）的信号对采用纵向排列连接的信号对的而数据传输速度为10千兆比特/秒，其眼图张度为640mV（64%），而横向排列的端子的眼图张度为680mV（68%）。当数据传送速度为5千兆比特/秒，相关的眼图张度甚至达到920mV和900mV。

图三：连续差分阻抗（模拟于上升时间 = 50微微秒）

即使单端信号针和屏蔽针交替排列（似西洋棋盘模式），其同轴结构亦可提供非常好的效果。不仅如此，MicroSpeed连接器的共面性通过100%的在线监控以确认其共面性受控在正负0.05毫米的公差以内。

虽然信号针的端接都是采用表面贴，至于屏蔽板的端接，用户却可以根据应用选择表面贴或通孔回流。选择通孔回流屏蔽板可以进一步加强机械稳定性。连接器模块的长度为27毫米，并拥有50个信号端子及2片屏蔽板（共18个屏蔽引脚）。多个连接器模块可以很容易地并排在一起，进而节省空间。这个概念进一步允许更多不同针数的连接器模块，针数的步一幅为6针。除了2排的版本，还有高端子密度的7排信号连接器。MicroSpeed的7排信号连接器有91信号针（7x13）或133信号针（7x19）两种。

Microspeed系列提供各种不同的高度。高度各异的公（1、2、9和10毫米）以及母（4、6、8和10毫米）连接器提供16种不同的堆叠高度从5至20毫米的板对板距离，在广泛的电路板排列中为设计工程师提供最大的灵活性。

图四：MicroSpeed系列可提供不同高度的高度版本，以达到5–20毫米的堆叠高度或板对板距离

互补的电源方案

MicroSpeed电源模块补全了MicroSpeed信号系列。尽管2.0毫米间距的5针连接器尺寸非常小，它们可提供高电流载容量。此外，其电气强度可高达500V、接触电阻小于20mΩ且绝缘电阻大于1010Ω。通过使用特殊端子材料，此连接器系统能够在摄氏20度时提供6至8安培的电流。然而，电流路线必须统一考虑以便连接器可被用于最高允许的操作电流，因为各个元件必须适用于这个电流强度且电路板或布局往往是最薄弱的环节。通过高度各异的公连接器和母连接器，电源模块可有从5至20毫米共16种不同的PCB板对板堆叠高度。

就如信号连接器，Microspeed电源模块针的引脚为表面贴，屏蔽的引脚则可选择表面贴或通孔回流：表面贴屏蔽用于标准的应用，通孔回流屏蔽则提供更大PCB保持力可用于严酷的环境。屏蔽的接地针确保连接器坚固的应力消除。即使板对板距离为5毫米，也保证有大面积的端子交叠（转换为可靠的连接）。这些连接器配备了预装的定位援助，并符合RoHS的加工要求。

图五：MicroSpeed电源模块系列可提供不同高度的版本

Microspeed电源模块的操作温度为摄氏-55度至摄氏+125度。

另一个关键的优势在于其卓越的接插公差，可容许多个连接器被装置在一块电路板上同时接插却没有插拔或断路问题。这使得它们非常适用于具相同公差特性的SMC或Microspeed系列的信号连接器组合使用。

分析信号完整性的开发工具套

图六：检验和分析MicroSpeed信号完整性的开发工具套

在千兆比特/秒范围的应用中，信号完整性的分析越来越重要。这是为何ERNI提供匹配的SPICE模型作为设计使用MicroSpeed连接器须进行的初步系统模拟。在选择连接器时，用户也可以使用评估套件提前测试该连接器系统是否适用于其特定的应用。套件包括2块各有4个MicroSpeed连接器的电路板。电路板的后方有30个高端微型同轴连接器，与MicroSpeed连接器的即定信号端子连接着。递送时将包括一个内含2条连接电缆、1个录制了SPICE模型的光碟以及电路的描述说明的塑胶盒。

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