最高工作频率
当今尺寸更小、运行更快的电子系统中,数据传输速率发挥着关键作用。在高密度、紧凑型设备内堆叠多块印刷电路板时,为保障系统的最佳性能,维持板间信号的高速数据传输速率至关重要。
数据传输速率通常由最高工作频率决定,单位为Gbps(千兆比特每秒)。NOVASTACK® 系列产品采用四电平脉冲幅度调制(PAM4) 信号技术,最高支持20 GHz 的工作频率,数据传输速率可达 80 Gbps。该系列产品兼容多种主流通信协议,包括通用串行总线(USB)、移动行业处理器接口(MIPI)、低压差分信号(LVDS)、嵌入式显示端口(eDP)、雷电接口(Thunderbolt)以及外围组件互连高速接口(PCIe)。
高清显示屏、小型服务器与个人电脑的高速处理能力、医疗成像系统的高分辨率,以及增强现实、虚拟现实和混合现实头显设备中 3D 图形技术的应用,正推动着印刷电路板(PCB)的数据传输速率不断提升。
当数据传输速率达到20Gbps 及以上时,维持信号完整性的难度显著增加,而板对板连接器的设计对整个系统的性能起着至关重要的作用。插入损耗、电压驻波比(VSWR)、近端串扰(Near End Cross Talk)和远端串扰(Far End Cross Talk)是此类连接器的几项关键信号完整性指标。
插入损耗可以简单理解为:高频信号在连接器端子内部以热能形式损耗的量值。仅就连接器本身而言,其信号插入损耗的大小,由端子的形状以及配对端子中信号路径的总长度决定。信号路径越长,通常会导致插入损耗越大,进而造成有效数据传输速率降低。
回波损耗(Return Loss)指的是信号因连接器发射端与接收端的反射所产生的损耗。这类反射由高速信道内所有组件的阻抗不匹配引发,连接器自身的端子也包含在内。与插入损耗类似,回波损耗通常也会随着频率的升高而增大,因此,优良的连接器设计对降低回波损耗起着重要作用。
连接器信号端子的阻抗匹配,可确保信号能够被连接器完整地传输与接收。若端子出现阻抗不匹配的情况,会在发送端和接收端引入信号反射,导致通道中出现驻波,这种现象通常称为电压驻波比(VSWR)。电压驻波比数值偏高会造成信号损耗。在高速信号传输过程中,阻抗不匹配与高额损耗会导致信号眼图闭合,进而引发接收端误码率上升与数据丢失。正因如此,选用性能优异、损耗低且阻抗匹配度高的板对板连接器,就显得尤为重要。
在连接器这类互连介质中,高速信号之间会产生互耦效应。受这种耦合作用影响,部分信号往往会在未使用的端子上形成不必要的噪声。这种有害的信号噪声被称为串扰(Cross Talk),其强度以分贝(dB)为单位进行计量。
若串扰噪声出现在与驱动端接触件相邻的端子上,则被称为近端串扰(NEXT);若串扰噪声出现在远端的未使用端子上,则被称为远端串扰(FEXT),具体可参见下方图 3 的Pin定义。
通常情况下,串扰会随着信号频率的升高而加剧。由于串扰是作为噪声以负值分贝计量,因此数值越大,代表串扰程度越低。例如,在下方图 3 所示的曲线图中,10 GHz 频率下 -55 分贝(dB)的近端串扰,其串扰程度要低于 20 GHz 频率下 -50 分贝(dB)的近端串扰。
串扰噪声的大小,还与连接器中高速信号pin和接地pin的定义有关。下方图表所呈现的串扰数据,均基于图表旁配图所示的引脚排布方案。在高速差分信号之间设置多个接地(GND)引脚,有助于减少干扰通道 / 有源通道对受害通道 / 空闲通道的信号耦合,从而最大程度降低整体串扰水平。
此外,图 3 的同一组曲线图中,还同步呈现了 NOVASTACK® 35-HDH 系列连接器的回波损耗与插入损耗相关数据。
| Plug |
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| Receptacle |
I-PEX 为 NOVASTACK 系列连接器的插座和插头提供信号完整性测试板。