パドルカード技術を使用した細線同軸ケーブルハーネスのSI性能改善

背景

インフラストラクチャー通信機器やサーバー、スイッチなどの通信機器は、エンタープライズ市場において益々、高速伝送化が進んでいます。
その為、これらのシステムで使用される各部品のシグナルインテグリティ（SI）性能を向上させる必要があり、
そのSI性能の向上は機器の性能を向上させる役割を担っています。
課題は、従来の基板伝送では挿入損失が大きく、伝送距離が限定されることです。
その解決策としてケーブルを用いたジャンパーハーネスが注目されています。

図1は、ASICからI/Oまでの従来の基板伝送を示します。

図2はASICからI/Oへのジャンパーハーネスでの伝送を示します。このソリューションでは、ヒートシンクの下に配置できる低背のコネクタを使用し、
I/Oコネクタへ直接ケーブルで接続することにより基板伝送を最小化し伝送ロスを低減することが可能となります。

課題

前提としてコネクタの製品高さを低くしつつ伝送損失を改善する必要が有ります。
コネクタを低くする理由はコネクタをヒートシンクの下に配置し、図2の様にASICに近づけることで伝送ロスの低減が可能だからです。
伝送速度は64Gb/sのPAM4（周波数16GHz）を想定します。

Existing PCB trace transmission from ASIC to IO.jpg — 図1. 従来の基板伝送 ASIC～I/O

Jumper harness transmission from ASIC to IO.jpg — 図2. ジャンパーハーネス伝送

従来の細線同軸コネクタ品では、13GHz付近までの伝送品質に問題は有りませんでしたが、17GHz付近にて共振が発生し伝送品質が悪化します。
表1,2に従来製品の近端クロストーク（NEXT）と遠端クロストーク（FEXT）を示します。また赤丸部は共振点を示します。

共振周波数は、グランドパスの距離によって発生する周波数が変化します。波長λが長くなれば、共振周波数は低周波で発生し、
逆に波長λが短ければ、共振周波数は、高周波で発生します。
図3は、従来製品のプラグとリセの嵌合状態の構造を示します。
コネクタの構造上、グランド経路を容易に設定する事が出来ません。
ケーブルと端子のグランド経路はグランドフィンガーで接続されています。緑色の部分が共振エリアです。