Die elektronischen Geräte schrumpfen ständig, während die Datenübertragungsraten ständig steigen.Sie müssen in der Lage sein, mehr Schaltungen in einem kleineren Raum zu integrieren und gleichzeitig die Datenübertragungsrate zu halten.Die Konstrukteure müssen sich auch mit den Problemen der Luftkühlung und der physikalischen Isolierung befassen, um elektromagnetische Störungen (EMI) so weit wie möglich zu minimieren.
Das Stapeln von Leiterplatten (PC-Leiterplatten) ist eine gängige Methode zur Erhöhung der Leiterplattendichte.bei der Konstruktion von Kühl- und Signalisolationswegen.
Dieser Artikel beschreibt kurz die verschiedenen Herausforderungen, vor denen sich Hochgeschwindigkeits-Schaltungskonstrukteure stellen.Anschließend werden die Anschlüsse von Würth Elektronik an die Anschlüsse vorgestellt und erklärt, wie diese Anschlüsse verwendet werden, um zuverlässige Signalverbindungen bei gleichzeitiger Wahrung der Signalintegrität zu erzielen..
Sandwich-Panel
Die Aufstellung der Sandwichplatte besteht aus zwei vertikal gestapelten parallelen Leiterplatten, die elektrisch durch Leiterplattenanschlüsse miteinander verbunden sind (Abbildung 1, links).
Schaltplatten mit mehreren Sandwich-Säulen
Abbildung 1: Das linke Bild zeigt Beispiele für mehrere Sandwichplatten (PCBs); das rechte Bild zeigt die Installationsmethode der Unterplatte,mit einer Breite von mehr als 20 mm,, Oberflächenaufbautechnik oder Gewindeisolierungssäulen. (Bildquelle: Würth Elektronik)
Diese Aufstellung aus zwei Leiterplatten bringt mehr physikalischen Raum in die Schaltung. Diese Struktur kann verwendet werden, um die volumetrische Effizienz zu verbessern, Austauschbarkeit zu erreichen,oder eine physikalische Isolierung bilden, um den Luftstrom zu verbessern und EMI zu reduzieren. Board-to-board-Anschlüsse sind ohne Kabel direkt an das Leiterplatte angeschlossen. Der Sandwich-Panel-Anschluss kann mehrere Stapelhöhen mit bestimmtem Board-Ausstand erreichen.Die obere Leiterplatte kann durch Steckverbinder unterstützt und befestigt werden, oder mit Oberflächenverbindungen oder Gewindeisolierkolonnen befestigt, um die Schwingungs- und Stoßbeständigkeit zu erhöhen (Abbildung 1, rechts).
Berücksichtigungsfaktoren für die Signalintegrität
Die Signalintegrität beschreibt, wie Signale verzerrt oder gedämpft werden, wenn sie über Steckverbinder von einer Leiterplatte zur anderen übertragen werden.sind frequenzunabhängig und lassen sich leicht in Berechnungen einbeziehen und korrigieren.
Die beiden wichtigsten mit der Frequenz verbundenen Signalintegritätsparameter sind jedoch der Reflektionskoeffizient (ρ) und der Übertragungskoeffizient (t) (Abbildung 2).Der Übertragungskoeffizient wird in der Regel in Dezibeln (dB) ausgedrückt, wobei der Einsatzverlust verwendet wirdDer Reflexionskoeffizient (Rücklaufverlust) wird durch die Reflexion von Datensignalen auf die Signalquelle verursacht, wenn sie auf Impedanzwertschritte stoßen.Eintrittsverlust wird verwendet, um die Dämpfung des Übertragungsweges zu quantifizierenBeide hängen von der Verbindungsimpedanz (ZCAB) im Verhältnis zur PC-Board-Leitungimpedanz (Zs) ab.
Sowohl Rückverlust als auch Einsatzverlust hängen von der Impedanz des Steckers ab
Abbildung 2: Rückkehrverlust und Einsatzverlust hängen von der Verbindungsimpedanz im Verhältnis zur Leitungimpedanz des PC-Boards ab. (Bildquelle: Würth Elektronik)
Der Übertragungsverlust verringert die Amplitude des Signals, das durch den Stecker geht, und ist proportional zur Streckenlänge und der geometrischen Struktur des Steckers.Der Schallschall am nächsten Ende (NEXT) oder der Schallschall am weitesten Ende (FEXT) kann ebenfalls zu einem gewissen Energieverlust führen. Return loss and transmission coefficient are frequency dependent parameters that depend on the difference between the connector impedance (simulated as a cable) and the circuit board transmission line impedance (assumed to be 50 Ω in this example)Der Reflexionskoeffizient und der Übertragungskoeffizient werden durch die gezeigten Formeln definiert.
Abbildung 2 zeigt die Abweichung dieser Parameter mit der Impedanz des Steckers (Kabels).Der theoretische Rücklaufverlust beträgt Null und der Übertragungskoeffizient 100%Wenn die Impedanz des Steckers von 50 Ω abweicht,die Änderungen der relevanten Parameter sind proportional zum Abweichungswert und der Frequenz der Steckimpedanz von 50 ΩBei Steckverbänden hängt die Impedanz vom verwendeten Isolationsmaterial und der geometrischen Struktur der Pins ab, einschließlich Breite, Länge und Abstand (Abstand).die Verkabelung der angrenzenden Pins kann auch Auswirkungen darauf haben.
Für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung gibt es zwei verbreitete Verkabelungskonfigurationen (Abbildung 3): eine ist eine einseitige Struktur, bei der das Datensignal an die Erde verwiesen wird;Eine andere Art ist die Differenzstruktur, bei dem zwei komplementäre Signalleitungen verwendet werden und die Amplitude des Datensignals der Spannungsunterschied zwischen den beiden Signalleitungen ist.Differenzsignale werden zur Verringerung von Lärm und Störungen auf Doppelsignalleitungen verwendetIm Allgemeinen werden Differenzsignale für Anwendungen mit den höchsten Datenraten verwendet.