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PCB原创|双边缘连接器SI性能测试案例分析
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2017-3-7 8:46:01

 前言 


快点PCB大神水一般的男子(行业沉淀20余年,前华为研发部技术高管)上一期主要介绍关于高速PCB设计与高速信号理解存在误区给出专业性的建议;本文主要以一款直插型双边缘连接器进行SI性能测试评估分析。


普通高速PCB设计与连接器测试夹具PCB板的设计方法与理念是想通的。连接器作为一种高速信号互连器件,需要在选型初期做SI性能评估与测试。本文主要选取一款直插型双边缘连接器进行案例分析。


一、连接器基本情况


双边缘连接器(直母型号),0.8毫米(.0315“)间距,双列结构的插座连接,每行最多50pin,用一个1.6mm厚度的金手指配合,可以是双垂直安装式设计使用,应用场景为板对板。



二、SI测试板设计情况

这款双边缘连接器的SI测试板实物图如下图所示:

测试板包括三个部分:双边缘连接器板(连接器+SMA),配套金手指板(金手指PCB及SMA,金手指与连接器配合),TRL校准测试板(配合测试仪器的TRL校准方法,设计校准PCB走线)

连接器SI测试板的设计主要要求:

(1)连接器接口PIN脚到每个SMA的走线是等长的,这一点需要严格控制,以方便校准;

(2)PCB走线需要严格控制单线50ohm,与SMA的特征阻抗相匹配;

(3)PCB走线尽量选用表层,一方面损耗低,另外一方面避免打孔换层、造成阻抗不连续;

(4)SMA之间的间距不可以太近,方便测试时的拧接测试电缆操作;

(5)SMA根据焊盘形式不同,需要做参考平面或者反焊盘的设计,设计尺寸基于仿真分析结果;

(6)TRL校准件中校准线的长度一方面需要与连接器板部分走线配合,另外一方面与测试频率范围相关(基于TRL计算方法)


三、测试仪器及测试条件


VNA:网络分析仪E5071C

TDR:网络分析仪E5071C的TDR测试模块

测试频率:单端6.5 GHz / 13 Gbps 差分8.0 GHz / 16 Gbps

上升时间:最快30 + / -5 ps


四、信号定义方式


SI测试板的信号定义一方面要考虑测试信号间的串扰隔离,另外一方面要考虑产品PCB板上的实际信号定义方式,例如:

单端阻抗:

• GSG (地 - 信号 - 地)

单端串扰:

• worst case: GAQG (地-信号-信号-地)

• bast case: GAGQG (地-信号-地-信号-地)

• 跨行单端:: Xrow ,GAG to GQG 跨行 (地-信号-地) to (地-信号-地)

差分阻抗:

• GSSG (地-信号-信号-地)

差分串扰:

• worst case: GAAQQG (地-信号-信号-信号-信号-地)

• bast case: GAAGQQG (地-信号-信号-地-信号-信号-地)

• 跨行差分: Xrowdiff ,GAASSG to GQQG 跨行 (地-信号-信号-信号-信号-地) to (地-信号-信号-地)


五、频域测试数据总结

连接器2.jpg连接器表2.jpg

六、信号定义方式


(1)特征阻抗

连接器4.jpg

连接器5.jpg

连接器6.jpg

连接器7.jpg

(2)时域串扰

连接器8.jpg

连接器9.jpg

(3)传输延迟

连接器10_副本.jpg

附录A - 频域测试曲线(典型情况)

差分应用 – 插入损耗

连接器11.jpg

差分应用 – 回波损耗

连接器12.jpg

差分应用 – 近端串扰

连接器13.jpg

差分应用 – 远端串扰

连接器14.jpg


附录B- 时域测试曲线(典型情况)

单端——输入脉冲200mV:

 连接器15.jpg

单端阻抗:35ps上升时间

连接器16.jpg

单端DELAY:

连接器17.jpg

单端串扰——NEXT,最差情况——GASG

    连接器18.jpg

综上所述,“连接器”作为PCB之间互连的常见器件,对于高速接口信号的信号质量影响较大,因此在高速PCB设计中,选用某种连接器器件前,需要对连接器的SI性能进行测试以确定其性能达到最佳效果。