连接器高频设计

1、会计学1连接器高频设计连接器高频设计1 前言前言-2 信号传输的方式信号传输的方式-3 高频连接器的条件高频连接器的条件-4 高频连接器的重点要求项目高频连接器的重点要求项目-5 波动和波导波动和波导-6 特性阻抗特性阻抗-7 串音杂讯串音杂讯-8 传递延迟传递延迟-9 偏移偏移-10 衰减衰减-11 实际分析部分实际分析部分- 电子连接器（Electrical connector）是泛指所有用在电子讯号与电源上的连接元件及附属配件，广义的连接器还包含插座、插头及Cable组立等。从电子封装的观点上来看，连接器是互相连接（interconnection）部份可离合或是替换的元件，换言之是所有讯

2、号间的桥梁，因此连接器的性质将会牵动整个电子系统的运作品质。 电子连接器主要的功能为完整且正确的传输讯号，所以在整个电子系统中，电子连接器是一个典型的被动元件，它的发展与演进完全跟着电脑的CPU，近年来由于CPU的速度不断提高，由早期的33MHz、66MHz到Pentium III 500MHz至最近的Pentium 4 3.06GHz，连带地提升主机板与电脑周边的电子信号传输速度，因此担任电子信号传输桥梁的电子连接器的高频电气特性，便成为电子连接器厂商一个重要的议题。1. 前言前言信号的传输方式，可分为两种：1.单端信号（single-ended）2.差动信号（differential mo

3、de signal）2. 信号传输的方式信号传输的方式所谓的单端信号，既是在驱动器和接收器中，一个信号的传输仅需要一个导体（端子pin）。差动信号的传输则是在驱动器和接收器中，需要两个完全相同并且匹配的导体，在这两个导体上所传输的信号为两个互补的信号，也就是大小相同（振幅相同）并且极性相反（相位差180度）的两个信号。 由于电子连接器为一被动元件，它的主要功能为将信号完整的由IC传至DEVICE及传回IC，而所谓信号完整的定义为信号在电路中能以要求的时序和电压做出响应的能力，也就是判断数位讯号是0或是1。当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，该电路就有很好的信号完整性：反之，

4、就出现了信号完整性的问题，IC就可能误判或丢失部分数据。 在基本的电路学理论，只是电磁理论马克斯威尔方程式的近似，也就是在特殊的状况下才合理，主要是因为在电路学中，元件大小远小于信号的波长，由于波长远大于元件尺寸时，信号通过元件后的电压电流的相位差可以忽略不计，则此时的元件视为集总元件（Lumped element），换句话说，当工作频率在微波频段中时，元件的尺寸与波长大小差不多，则信号通过元件后的电压电流位差异很可能有大的差异，则此时的元件为散布元件（distributed element）。2. 信号传输的方式信号传输的方式3.高频连接器的条件高频连接器的条件 何种电子连接器必须考虑高频的

5、影响，以下为一般的推论： 由上可得若电子连接器长度大于/12mm，则必须视为散布元件（distributed element），在此状况下就要考虑高频效应的影响。例：USB连接器长度约为33mmUSB 1.1中其最快传输速度为12Mbps，上升时间（rise time）为20ns所以由Trf =0.5中可得出f=0.5/Tr=25MHz再由=c/f中可求出=3108/25106M=12M=12000mmL/6= /12=12000/12(mm)=1000(mm)33(mm)所以在USB 1.1中并不须去考虑高频的效应。反观在USB 2.0中，其最快传输速度为480Mbps，上升时间（rise

6、time）为500ps，所以由Trf=0.5中可得出f=0.5/Tr=1GHz再由=c/f中可求出=3108/1109M=0.3M=300mmL/6=/12=300/12(mm)=25(mm)33(mm)所以在USB 1.1中并不须去考虑高频的效应。反观在USB 2.0中，其最快传输速度为480Mbps，上升时间（rise time）为500ps，所以由Trf=0.5中可得出f=0.5/Tr=1GHz再由=c/f中可求出=3108/1109M=0.3M=300mmL/6=/12=300/12(mm)=25(mm)33(mm)所以在USB 2.0中就必须考虑高频的效应。（以上推论是在=1的条件下

7、）3.高频连接器的条件高频连接器的条件Point to remember偏移为传输路径的设计、尤其是传输路径的长度和绝缘介电值的一个函数。Intra-pair skew的考量中，在同一对信号中的两个导体其传输路径的长度必须相同，传输环境必须相同，也就是导体的结构和材料以及周围的绝缘介电质（介电常数）必须相同。而Inter-pair skew的考量和Intra-pair skew的考量是相同的，不过要不同对的传输路径。传递信号的导体长度越长，其造成的intra-pair skew会越大。9.偏移偏移何谓衰减（Attenuation）或介入损失（Insertion loss）平均功率（average power）的传输经由待侧无（连接器）的输入端到输出端所产生的损失称为衰减，通常是以dB值来测量。10.衰减衰减何谓反射的损失10.衰减衰减何谓介电损失（dielectric loss）所谓的介电损失乃是介质材料的一种高频特性，入射的电磁波功率因为介电而转变成热，称为介电损失。介电质材料所造成的介电损失是由其loss tangent的参数来决定的，loss tangent越小则介电损失就越少。空气的loss tangent为0。 10.衰减衰减Area of interestReceptacle SidePlug