מחברים מהירים הם העורכים הלא-מעורניים של מערכות אלקטרוניות מודרניות.כפי ששיעורי הנתונים דוחקים בעשרות ג'יגה-בייט לשנייה ומעבר לכך, הממשק הפיזי שמצטרף לשני מכשירים חייב לעשות זאת עם הידרדרות אות כמעט אפסית.ד מחבר שתוכנן גרוע יכול להפוך אות תגמול גבוה prise ללא צל רועש, מעוות של עצמו, המוביל לשגיאות, מערכת, ולהגדיל את צריכת החשמל במהירות גבוהה של טכניקות עיצוביות.

הבנה של אובדן אות בHigh-Speed Connectors

אובדן אותות במחבר אינו תופעה אחת, אלא שילוב של כמה מנגנונים נפרדים.שלוש התורמות העיקריות הן אובדן שילוב, אובדן החזרה וחצוצרה.

  • (FLT:0) אובדן אובדן העצירה 1:1 מודד כמה אנרגיה אות הוא dissipated כמו חום או אבוד אחרת כמו שהוא עובר דרך המחבר.זה כולל הפסדים מנוגדים במוליכים והפסדים דיאלקטריים בחומרים המסולקים.
  • (ב) [ה]ההתאוששות:0] אובדן האובדן של ה-[[1924]], הוא מספר אות המשקף את המקור בשל חוסר התאמה.
  • (FLT:0CrosstalkFLT:1) מתרחש כאשר אותות במוליכים אחד גורמים למתחים לא רצויים במוליכים סמוך.

בנוסף לכך, אפקט העור והרפיות הדיאלקטריות הופכות חשובות יותר בתדרים גבוהים.אפקט העור גורם לרכז על פני השטח החיצוני של מנצח, העלאת ההתנגדות היעילה שלו.מהנדסים חייבים לקחת בחשבון זאת באמצעות מוליכים עם מוליכות גבוהה ושטח משטח מספיק (לדוגמה, מצופה זהב או כסף) דיואיפיה דיאלקטרית מתייחסת לקוטב התדירות של החומר המסולף, אשר מוסיף אובדן זה עם תדרים נמוכים יותר (Tplos) כמו 10.

התפלגות אובדן: התנהגות ודיאלקטריות

אובדן שילוב מוחלט במחבר הוא סכום אובדן המנצח והפסד דיאלקטרי. אובדן התנהגות שולט בתדרים נמוכים (עד כמה ג'יגההרץ), אבל אובדן דיאלקטרי לוקח יותר מדי התדרים עולים לתוך טווח הגלים מילימטר. מחבר טיפוסי עשוי להציג 0.1 עד 0.5 dB של אובדן הבשלה ב-10GHz, אבל ב -40GHz הפסד יכול לעלות על 1B ו- CSS לא מתאים להפסדים כגון CSS.

עיצוב הסתגלות ושליטה

התאמה למניעה היא ככל הנראה הגורם הקריטי ביותר בצמצום אובדן החזרה.כל מחבר מציג מכשול אופייני שחייב להתאים באופן הדוק את חוסר ההתאמה של קו השידור (בדרך כלל 50ms עבור RF, 100ms שונים עבור דיגיטלי מהיר במהירות גבוהה). אפילו טעות קטנה גורמת השתקפות כי degrade אות.

הדחף של המחבר נקבע על ידי הממדים הפיזיים שלו ואת הקבוע הדיאלקטרי של החומר המבודד.עבור מחבר קואקסיאלי, האי-ציות תלוי ביחס של הקוטר הפנימי לקוטר הפנימי של המוליכים החיצוניים.עבור זוג שונה בחבר לוח-to-board, עובי המומנט תלוי על רוחב, ספיגה, ותכונות החומריות הדיאלקטריות.

מיקרוסטריפ ו- Stripline ב Connector Designs

מחברים מהירים רבים משלבים מיקרו-סטריפ או קו שידור פס בתוך דיור המחבר. A microstrip פועל בצד אחד של שכבה dielectric עם מטוס קרקע בצד השני. A פסליין הוא מוטבע בין שני מטוסים קרקעיים, המציע בידוד טוב יותר וקרינה נמוכה יותר. שתי טכניקות מאפשרות למהנדסים להשיג מדויק, מבוקר על ידי התאמת עקבות רוחב, עוביים, וניתן יחסית=לדוגמה, ל- 0.2 מ"מ"מ"מ"מ רגיל"מ"מ"לדוגמא, עם תאים"מ טיפוסיים עם תאים"מ טיפוסיים.

מחברים מתקדמים משתמשים בתכונות של 0 (FLT:0) כוונון-הכוונון (FLT):1 כגון קרקע קטנה באמצעות, שכבות מלמטה, או אפילו חלקי לייזר לביצועים של מזל טוב לאחר הייצור, תיקון עבור וריאציות תהליכים.

בחירה של אובדן נמוך

בחירת החומרים הנכונים היא פעולה איזון בין ביצועים חשמליים, כוח מכני, יציבות תרמית, ועלות.שתי הקטגוריות העיקריות הן דיאלקטריות ומוליכים.

חומרים דיאלקטריים

  • (FLT:0)PTFE (Polytetrafluoroethylene): LT:1 ידוע עבור קבוע דיאלקטרי נמוך מאוד ( ⁇ 2.1) וגורם ניתוק נמוך מאוד (tan ⁇ ⁇ 0.0002 ב 10 GHz) זה בשימוש נרחב ב RF ומיקרוגל, אבל הוא רך ויכול לפענוח תחת לחץ, כך הוא לעתים קרובות מעורב עם ממזגים או למלא את הזכוכית עבור יציבות ממדית.
  • (FLT:0)LCP (Liquid Crystal Polymer): ibph:1 מציע קבוע דיאלקטרי מעט גבוה יותר ( ⁇ 3.0) אבל אובדן נמוך מאוד והתנגדות גבוהה מאוד לטמפרטורה גבוהה.LCP הוא פופולרי עבור מחברים חד-פרופילים בשימוש במכשירים ניידים ורדאר רכב.
  • (FLT:0Ceramic-מלא PTFE או PEEKrea:FLT:1 אלה תרכובות לספק קבוע טונה דיאלקטרי קבוע, התנהגות תרמית משופרת, ומקדם נמוך יותר של התרחבות תרמית. הם נפוצים במחברים בעלי עוצמה גבוהה עבור אווירו חלל וציוד בדיקה.
  • (FLT:0) באופן פולימיידיד וכוס אפיקס: ההרחבה 1 (Efeloph:1) בשימוש במחברים זולים, אך אובדן הדיאלקטרי גבוה שלהם מגביל את היישום מתחת ל-10 GHz.

חומרים

Copper הוא המנצח הסטנדרטי בשל התנהגות גבוהה שלה ( ⁇ 58 MS /m) ועלות נמוכה. עם זאת, מחברים לעתים קרובות להשתמש נחושת beryllium עבור אנשי קשר אביב, אשר מספק גמישות מעולה והתנגדות עייפות. כדי להפחית את אובדן העור, בשפע עם זהב, כסף, או שיתוק-ניקל הוא נפוץ.זה מונע חמצון ושומר על התנגדות מגע נמוך, אם כי זה מוסיף הצעות כסף גבוה יותר, אבל הוא בדרך כלל מחובר זמן רב יותר, אבל הוא לעתים קרובות.

(FLT:0Case in Pointהמחשה: 1 25+ Gb/s backplane מחברים משתמשים במגעים נחושת עם דיור פולימר נוזלי כדי להשיג אובדן כניסה מתחת 0.3 dB לחבר ב 12.5 GHz.

ייצור Precision and Tolerances

אפילו העיצוב הטוב ביותר יכשל אם הייצור לא יוכל להחזיק סובלנות הדוקה. בתדרים גבוהים, אי-הצדק של 50 מיקרונים בלבד יכול לשנות את העיכוב על ידי כמה הוממים ואובדן החזרה מדרגות ב-10 dB או יותר. שני תהליכי ייצור קריטיים הם דפוס הזרקת עובש ו plating.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

יש לעצב את הדיאלקטרי לדעוך לממדי מדויק עם מבנה מינימלי של דף מלחמה וריק.שימוש בדרגה גבוהה LCP או PTFE תרכובות, בשילוב עם ערוצי קירור עובש ומיקומים שער, מפחית את הווריאציות התכווצות.לאחר עובש, מחברים רבים עוברים את רמות ההמרה:0laser trimmingFLT:1 כדי להתאים תכונות קריטיות כגון הפער בין מגעים או עובי של רשת לייזר שונה במיוחד עבור microdeial.

תזמון ומגע מסתיים

עובי מטבוליזם חייב להיות נשלט בתוך ±5% כדי לשמור על מוליכות עקבית וכדי להימנע מפרסום מגעים בסדר דקים.מהנדסים לציין עובי מינימלי בשפע בנקודות ללבוש (לעתים קרובות 0.75 מיקרומטר של זהב מעל 1.25 מיקרומטר של ניקל עד 100 מחזורים הזדווגים). מערכות בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) לסרוק כל מחבר עבור nicks, שריטות, או plating מחסנים שיכולים ליצור הפסד או להוסיף.

הגנה והגנה על EMI

חסימת היא חיונית למניעת שדות אלקטרומגנטיים חיצוניים מהפיכה אל נתיבי האות.במחברים מהירים, המגן הוא בדרך כלל מעטפת מתכת חיצונית (לעתים קרובות מפלדה או נירוסטה) כי מגעים עם הקרקע של ה-Asassis. המגן חייב לספק נתיב קרקע-סרפס נמוך ולשמור על המשכיות על פני בלוטות הזדווגות.

(ב) למחברים הפועלים מעל 10 GHz, FLT:0EMIGIRTSFLT:1 או FLT:2 מוליכים elastomerscioFLT 3 מוסיפים ל- חותם ים.במחברי לוח, מטוסים פנימיים ומגן קירות נפרדים זוגות שונים כדי לדכא את הצלב.

אותות שונים וזיהוי אותות

רוב ממשקים דיגיטליים מהירים מודרני (PCIe, USB 3.x, HDMI, Thunderbolt) משתמשים בסימן דיפרנציאלי שונה.זוג שונה מורכב משתי עקבות שנשאו אותות שווים ו-opposite. at the המקלט, ההבדל המתח בין שני השורות הוא אות מוגבר, דוחה כל רעש משותף-מו-ד. Connectors עבור אותות שונים חייב לשמור על סימטריה נוקשה בין שני המוליכים: רוחב, או חד-ממדי, לרעש משותף, לטעינה, לרעש משותף.

פרמטרים מרכזיים עבור מחברים שונים כוללים:

  • (ב) ,0) ,(התמדה של ⁇ ) ,(הראשונה ל-85 ⁇ או 100 ⁇ לצמד.
  • <חזק>Intra-pair skew: איחור ההבדל בין שתי הצלעות.כל סשן (בדרך כלל < 5 ps) מציג ג'ייטר ומפחית את פתיחת העין.
  • (ב) ,0) ממירת:0 (Mode ההמרה: FLT:1) נמדד כ- SCD21 (המומון-מוייד להמרות מצב שונה) המרה במצב נמוך מעידה על סימטריה טובה.

מעצבים מדמיינים את הערוץ כולו – כולל PCB באמצעות גמגמים, ההשקה המחברת והממשק הכבלים – כדי להבטיח שתקציב הקישור הכולל עומד על יעד האובדן הנדרש.כלי כמו Keysight ADS או Ansys SIwave מאפשרים שיתוף פעולה של המחבר וסביבתו הסובבת.

בדיקה ואימות של High-Speed Connectors

לפני עיצוב מחבר שוחרר, הוא עובר סוללה של מדידות גבוהות של אופטימיזציה באמצעות מנתח רשת וקטור (VNA).

  • (FLT:0) למדידת ה-parameter: FLT:1 S11 (אובדן החזרה), S21 (אובדן אינפלציה), S41 (הצלב האדום) ו- S31 (חלק מקטע) על פני הלהקה התפעולית.
  • (FLT:0) זמן-דומיין רפיאומטריה (TDR): ibph:1 , Identifies שיבושים לאורך נתיב האות. A TDR העלילה תציג ספייקטים שבהם העיוותים מ 50 ⁇ , המאפשר למהנדסים להגיע לאזורים בעייתיים.
  • (FLT:0)Eye דיאגרמות מדידה: 1FLT (באמצעות oscilloscope מהיר במהירות גבוהה, מהנדסים לשדר רצף של מעט פסאודו-רומידום (PRBS) דרך המחבר ולכידת תרשים העין. רוחב וגובה של "פתח העין" מצביעים על איכות האות. Closures נגרמים על ידי ג'ר, אובדן, והשתקפות.
  • (ב) שיעור השגיאה (התואר הראשון) הוא מספר הפיסות המוטעות על פני תקופת מבחן ארוכה.

מחברים בייצור הם לעתים קרובות 100% נבדק עבור אובדן החדרה והפסד החזרה בתדרים מרכזיים באמצעות תיקונים אוטומטיים של תהליך סטטיסטית בקרה (SPC) תרשימים לעקוב אחר מגמות במניעה או אובדן כדי לזהות סחף בתבנית או בשפע.

מגמות עתידיות בעיצוב מהיר

הביקוש לשיעורי נתונים גבוהים עוד יותר, (112 Gb/s PAM-4, 224 Gb/s ומעבר) דוחף את טכנולוגיית החיבור למגבלותיה.כמה מגמות מתעוררות יעצבו את הדור הבא של מחברים:

  • (FLT:0) Higher order Modulation: FLT:1 PAM-4 כפול דרך NRZ אבל מפחית שולי רעש. Connectors חייב לספק אפילו אובדן כניסה נמוך יותר והפסד החזרה כדי לשמור על ביצועי המערכת.
  • (FLT:0) שילוב פוטושופני: 1FLT (במהירויות גבוהות יותר) למרחקים ארוכים, מחברים אופטיים נכנסים לחיבורים בין-דרגי-המועצות ברמת לוח. , תמונות הסיליקון בשילוב עם מערך סיבים מרוחקים עשויים להחליף את הנחושת במערכות מסוימות.
  • (FLT:0) ייצור מתורבת: הדפסה 3D של דיאלקטריות ונקודות התנהגותיות מאפשר כוונון מהיר וגיאומטריה מורכבת לא ניתן עם הזרקת מגעי מתכת וצריפים ספירלה מודפסים עבור כוונון אימפולסיבית נחקרים.
  • (FLT:0) אופטימיזציה המונעת על ידי AI: אלגוריתמי למידת מכונה 1 יכול לחפש את שטח העיצוב הרב-ממדי (גאומטריה, חומר, סובלנות) כדי למצוא ארכיטקטורות המפחיתות אובדן וחצובות בו זמנית.
  • (FLT:0) , Embedded Identityמיזוג:FLT:1 Active connectors with Built-in equalization or retimers מופיעים ב high-end שרת backplanes.המכשירים האלה לפצות על אובדן ערוצים אבל להוסיף צריכת חשמל וכבדות.

על פי עדכון כוח המשימה של ההרחבה (FLT:0) לשנת 2015 (המכונה:0) לשנת 2015 (המכונה של כוח המשימה), מפת הדרכים בתעשייה עבור 200+ Gb/s נחושת מסתמכת על מחברים עם פחות מ-1 dB של אובדן החדירה לזוג מזחלות ב-35 GHz ורווחי צלב של לפחות 10B.

מסקנה

תכנון מחברים מהירים עבור אובדן אות מינימלי הוא אתגר רב-ממדי.זה דורש הבנה עמוקה של ה propagation אלקטרומגנטית, בחירה חומרית זהירה, ייצור דיוק, ואימות קפדני.משליטה על חוסר יכולת להגן נגד EMI, כל פרט עניינים.כפי ששיעורי הנתונים מטפסים באופן אקספורקטי, המחברים שקושרים את הרשתות שלנו יחד יצטרכו להיות מתוחכמים יותר - תוך שימוש בהנדסת הנדסה מסורתית עם חומרים חדשים ועיצובים, הן שיטות מתקדמות.