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        一款表貼高速連接器測(cè)試板的串?dāng)_優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2020-06-29 18:45:53何飛
        機(jī)電信息 2020年15期

        摘 要:針對(duì)一款表貼高速連接器的遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試不合格而進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),通過(guò)優(yōu)化高速連接器測(cè)試板改善了遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試結(jié)果。首先介紹了印制板串?dāng)_的成因和主要影響因素;然后優(yōu)化設(shè)計(jì)測(cè)試板布線和疊層,并通過(guò)仿真對(duì)比測(cè)試板在優(yōu)化前后的遠(yuǎn)端串?dāng)_性能;最后使用優(yōu)化前后的測(cè)試板分別實(shí)測(cè)表貼連接器遠(yuǎn)端串?dāng)_性能,并對(duì)比遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試結(jié)果,驗(yàn)證優(yōu)化的有效性。通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看出,使用優(yōu)化后的測(cè)試板測(cè)試連接器,遠(yuǎn)端串?dāng)_滿足≤-26 dB的要求。

        關(guān)鍵詞:串?dāng)_;高速連接器;測(cè)試板;帶狀線

        0? ? 引言

        隨著技術(shù)的飛速進(jìn)步,電子系統(tǒng)正不斷地向高速率、高集成度的方向發(fā)展,信號(hào)完整性問(wèn)題也變得更加重要[1-3]。高速連接器伴隨著現(xiàn)代電子系統(tǒng)的需求,在高速傳輸領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4]。高速連接器作為印制板間或印制板與外部連接的重要器件,需滿足嚴(yán)格的信號(hào)完整性指標(biāo)要求,其中串?dāng)_為重要指標(biāo)之一[5-6]。

        在高速連接器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,一般在印制板上設(shè)計(jì)走線,連接測(cè)試儀器和連接器測(cè)試引腳,以測(cè)試產(chǎn)品是否滿足高速性能。印制板走線之間本身存在串?dāng)_,儀器測(cè)得的串?dāng)_結(jié)果包括了連接器接觸件之間和測(cè)試板走線之間的串?dāng)_。因此,高速連接器測(cè)試板的串?dāng)_性能對(duì)連接器串?dāng)_測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性有著重要影響。

        現(xiàn)有某型號(hào)高速連接器的兩對(duì)差分對(duì)之間遠(yuǎn)端串?dāng)_的測(cè)試結(jié)果不滿足指標(biāo)要求,需對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定位并優(yōu)化遠(yuǎn)端串?dāng)_結(jié)果。

        1? ? 測(cè)試板優(yōu)化前的高速連接器串?dāng)_

        對(duì)于表貼高速連接器,通常使用微帶線測(cè)試板進(jìn)行測(cè)試,因?yàn)楸韺游ё呔€可以避開(kāi)傳輸線上過(guò)孔的設(shè)計(jì),降低了高速板的設(shè)計(jì)難度。但是微帶線在較小空間、較高傳輸速率時(shí)會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。

        被測(cè)表貼高速連接器串?dāng)_要求≤-26 dB(10 MHz、6.25 Gb/s),該表貼連接器使用微帶線測(cè)試板,如圖1所示,實(shí)測(cè)近端串?dāng)_滿足要求,而遠(yuǎn)端串?dāng)_為-24.7 dB,沒(méi)有達(dá)到≤-26 dB的要求??赏ㄟ^(guò)仿真分析是否是測(cè)試印制板串?dāng)_超差,導(dǎo)致產(chǎn)品遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試不合格,分別做連接器的串?dāng)_仿真和連接器與測(cè)試板的串?dāng)_仿真。圖2為連接器仿真模型;圖3為包含微帶線印制板與連接器的仿真模型,微帶線長(zhǎng)度等于實(shí)物印制板上微帶線長(zhǎng)度。

        兩種模型的仿真結(jié)果如圖4所示,表1為遠(yuǎn)端串?dāng)_的仿真最大值。通過(guò)對(duì)比可以看出,連接器仿真模型的遠(yuǎn)端串?dāng)_≤-30.7 dB,滿足指標(biāo)要求,而帶有測(cè)試板的連接器仿真模型遠(yuǎn)端串?dāng)_結(jié)果為≤-25.6 dB,不滿足要求。可看出測(cè)試板的串?dāng)_性能設(shè)計(jì)不好,導(dǎo)致產(chǎn)品串?dāng)_測(cè)試不合格,下面主要針對(duì)測(cè)試板進(jìn)行分析和優(yōu)化。

        2? ? 印制板串?dāng)_分析

        串?dāng)_是指信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí),對(duì)相鄰的傳輸線產(chǎn)生的容性耦合和感性耦合噪聲。

        容性耦合是指干擾線上傳輸?shù)男盘?hào)由于電壓突變而產(chǎn)生的電場(chǎng)在被干擾線上引起感應(yīng)電流,從而引發(fā)電磁干擾的現(xiàn)象。當(dāng)信號(hào)從干擾線的驅(qū)動(dòng)端輸出時(shí),會(huì)有一部分容性耦合電流流入受擾線。因?yàn)槭軘_線上前向和后向受到的阻抗相同,所以耦合電流一半流回受擾線近端,另一半流向受擾線遠(yuǎn)端。流向受擾線遠(yuǎn)端的電流是正向流動(dòng)的,即從信號(hào)路徑流到返回路徑。

        感性耦合是指干擾線上傳輸?shù)男盘?hào)由于電流突變而產(chǎn)生的磁場(chǎng)在被干擾線上引起感應(yīng)電壓,從而引發(fā)電磁干擾的現(xiàn)象。同容性耦合相似,當(dāng)受擾線上出現(xiàn)耦合電流時(shí),耦合電流一半流向近端,另一半流向受擾線遠(yuǎn)端。不同的是,受擾線遠(yuǎn)端感性耦合電流的方向與容性耦合電流的方向相反。

        由此可知,受擾線遠(yuǎn)端的耦合噪聲為容性耦合噪聲與感性耦合噪聲的差值。

        如果所有導(dǎo)線周圍的介質(zhì)材料是同質(zhì)的,而且是均勻分布的,則相對(duì)容性耦合和相對(duì)感性耦合是完全相同的,在這種結(jié)構(gòu)中就不會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)端串?dāng)_。如果介質(zhì)材料有不同質(zhì)現(xiàn)象,相對(duì)容性耦合和相對(duì)感性耦合就不相等,這將引起遠(yuǎn)端噪聲。由此可以得出,周圍介質(zhì)相同的帶狀線走線相對(duì)于上下介質(zhì)不同的微帶線走線,可以減小線條間的遠(yuǎn)端串?dāng)_。

        3? ? 優(yōu)化高速測(cè)試印制板設(shè)計(jì)

        從上一節(jié)的分析可看出微帶線對(duì)遠(yuǎn)端串?dāng)_的影響,可以通過(guò)優(yōu)化布線和疊層,將表層微帶線變?yōu)閮?nèi)層的帶狀線來(lái)改善遠(yuǎn)端串?dāng)_。

        首先通過(guò)仿真進(jìn)行分析和優(yōu)化,仿真帶狀線測(cè)試板與連接器安裝后的串?dāng)_,得到連接器與帶狀線測(cè)試板和連接器與微帶線測(cè)試板的遠(yuǎn)端串?dāng)_仿真結(jié)果如圖5所示,表2為遠(yuǎn)端串?dāng)_的仿真最大值。連接器與帶狀線測(cè)試板遠(yuǎn)端串?dāng)_仿真結(jié)果≤-29.1 dB,滿足指標(biāo)要求,優(yōu)于第2節(jié)的微帶線測(cè)試板串?dāng)_仿真結(jié)果。

        最后,分別測(cè)試微帶線走線和帶狀線走線測(cè)試板,表貼高速連接器與帶狀線測(cè)試板如圖6所示,表3為遠(yuǎn)端串?dāng)_的實(shí)測(cè)最大值。

        使用優(yōu)化前后測(cè)試板分別測(cè)試同一款表貼連接器遠(yuǎn)端串?dāng)_,結(jié)果如圖7所示,測(cè)試頻率范圍0~3.125 GHz。使用微帶線走線印制板測(cè)得連接器遠(yuǎn)端串?dāng)_≤-24.6 dB,使用帶狀線走線印制板測(cè)得連接器遠(yuǎn)端串?dāng)_≤-27.4 dB。通過(guò)對(duì)比可以看出,使用帶狀線測(cè)試板相對(duì)于使用微帶線印制板遠(yuǎn)端串?dāng)_明顯得到了改善,表明使用帶狀線形式走線的測(cè)試板具有更低的遠(yuǎn)端串?dāng)_值,即在高速連接器測(cè)試中引入的遠(yuǎn)端串?dāng)_更少,可使遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

        4? ? 結(jié)語(yǔ)

        本文對(duì)印制板微帶線和帶狀線遠(yuǎn)端串?dāng)_的不同進(jìn)行了理論分析,帶狀線遠(yuǎn)端串?dāng)_更小?;诶碚摲治?,對(duì)一款表貼高速連接器遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試不合格的問(wèn)題進(jìn)行了分析和仿真,并對(duì)高速測(cè)試板串?dāng)_進(jìn)行優(yōu)化,將印制板微帶線改為帶狀線。最后,分別使用優(yōu)化前后的測(cè)試板實(shí)測(cè)連接器樣品,測(cè)試結(jié)果顯示,使用優(yōu)化后測(cè)試板的高速連接器遠(yuǎn)端串?dāng)_測(cè)試結(jié)果降低了2.8 dB,并且該結(jié)果滿足了表貼高速連接器串?dāng)_≤-26 dB的要求。

        [參考文獻(xiàn)]

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        收稿日期:2020-04-26

        作者簡(jiǎn)介:何飛(1992—),女,山東人,助理工程師,研究方向:信號(hào)完整性。

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