如何让高速连接器设计保证信号传输的完整性

汽车智能家居、自动化对高速连接器提出了更高的要求，因而，需要高速连接器必须重视信号传输能力。

高速性能标准比以往任何时候都高，PCB组件需要性能和风险的平衡。 具体地，在测试设计时，首先考虑信号的完整性。 由于对高数据速率的要求苛刻，目前数字领域的硬件开发者会面临高频应用的问题，部分超过20 Gb/s。 在低端应用领域，对更小、更快、更强大的电气部件的需求也在不断增加，今天的PCB组件中可用的空间越来越少。

基本的设计要求

包括：模块的可用空间数量、所需的连接技术、管脚数量和分配以及总体性能要求。 最紧要的挑战是在保证模块运行过程中不会丢失信号的同时，很好地管理这些需求。 如果目前的信号传输线受到抑制，产品的性能将会严重受损。 为了使模块以峰值操作能力动作，防止信号损失必须是设计的第一条线。

防止信号完整性的损失

信号路径附近的材料类型对于高速信号的正常传输很重要。 重要的是要避免接触材料横截面的变化以及使用电导率高的材料。 塑料材料的介电常数也会影响信号传输。 整个互连系统的相位匹配的典型标准是85-100欧姆。

由于电子元件可能会成为干扰源，因此敏感元件的接近增加了相互干扰的风险。高速信号可以通过插入损失和返回损失而丢失。 插入损耗是指在阻抗曲线内的偏差，导致信号发生反射。 记述沿信号路径的信号损失，表示为输出信号与输入信号的比值。 通常设置-3 db的极限值，是因为插入损耗高，接收器无法清楚地识别信号。

插入损耗的构成因素

插入损耗由耦合损耗、介质损耗、反射损耗、线路损耗、辐射损耗不同的组件构成。 耦合损失发生在阳阴连接器之间的接触点。 插入时，具有适当公差的可靠接触对于减少信号传输损耗是很重要的。 接触电阻也需要以较大的接触面积和接触点处的高接触力保持尽可能低。 连接器表面的异物，例如磨损引起的粒子，会增加接触电阻。 高质量的连接器至少镀上合适的金，以防止这种情况发生。

除了插入损失外，还必须考虑返回损失。 返回损耗是插入到信号中的反射信号的部分。 在系统设计者减少返回损耗方面，连接器的阻抗限制使系统设计者在减少返回损耗上困难较大。最好的方法是利用上升时间或引出线。上升时间描述了信号位于两个定义的振幅值（通常在10%到90%之间）的时间。上升时间越低，带宽越大，与系统其它部分阻抗越匹配。

信号干扰的另一个关键源是串扰。电容性耦合和电感性耦合可以单独考虑。近端串扰（NEXT）发生在信号传输干扰并行对的信号传输时，这主要通过感应发生。频率越高，通常对第二对信号产生的干扰就越大。如果以分贝为单位的绝对值很高，则存在较高水平的串扰衰减，因此在受扰动对中只能测量到很小的影响。在-20dB时，1%的信号串扰；另一方面，在-40db时，只有0.01%。

与近端串扰相比，远端串扰( FEXT )产生于整个线路的长度上。 因此，在传输链路的终端测量到对邻接对象信号的干扰，由于干扰信号沿着道路衰减，所以通常很低。

当然，PCB系统内的数据传输不能被中断、或阻止，这就是为什么对电磁干扰的保护是高速系统中信号完整性的一个高度关注的问题。电磁干扰可以与串扰相比，唯一的区别是干扰源不是在连接器中的单个信号路径内，而是在外部产生的。

高速数据传输特别容易受到不需要的电磁干扰，即使是一个小脉冲也伪装成有用的信号，阻止接收机的准确数字信息传输。

高速连接的优化设计

连接器可以表示干扰源和干扰源接受，它受到组件的影响，并对周围的组件产生电磁效应。与耦合电感LK，连接器可以描述在两个功能：干扰源和干扰接受。

耦合电感应被视为一个EMC参数，因为连接器可以很容易地描述考虑电气条件。这适用于抗干扰性和干扰发射。耦合电感并不是一种同样适用于整个连接器的测量因素，因为它可能会受到连接器和连接器几何形状上的信号分配的影响。

有效屏蔽的一个先决条件是使用具有高导电性的材料。接触点的数量可能是成功屏蔽的决定性因素。在连接器屏蔽中产生的干扰电流依次产生会影响信号触点的磁场。电流越高，磁场就越强。电流流除以屏蔽板的多次接触，从而减少了磁场。

随着对高速连接的需求激增，信号丢失的风险也会增加。在开发新的高速连接器时尽量减少传输路径内的干扰。仔细考虑材料、EMC屏蔽的可能性、插入损耗、返回损耗和串扰对于优化高速设计潜力至关重要。