硬件工程師如何選擇高速連接器

蔣修國(guó) /文 ；在此特別鳴謝

編者注：本文是15年的時(shí)候?qū)懙囊黄恼?，今天拿出?lái)重新修改幾張圖，再分享下給大家。文章內(nèi)容非?；A(chǔ)，主要是介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的流程。每一家公司都有相對(duì)應(yīng)的流程，本文僅供參考。

對(duì)于當(dāng)前的任何一個(gè)電子產(chǎn)品來(lái)講，什么是必不可少的？這個(gè)回答肯定有非常多的答案。今天我們要討論的是其中不可或缺的一個(gè)器件，就是連接器。當(dāng)然，是對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師來(lái)講，選擇連接器已然成為了其工作中非常重要的一個(gè)部分。

現(xiàn)在在一些大型的公司，都有專門的連接器（connector）和線纜（cable）工程師，他們會(huì)負(fù)責(zé)所有的連接器的選型和驗(yàn)證。當(dāng)然，小型點(diǎn)的公司可能由結(jié)構(gòu)工程師（ME）或者電子工程師進(jìn)行選擇和驗(yàn)證。顯然，當(dāng)產(chǎn)品的接口速率非常高的時(shí)候，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工程師或者是普通的電子工程師已經(jīng)無(wú)法判斷所選擇的連接器是否能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。這個(gè)時(shí)候就需要更加專業(yè)的工程師來(lái)完成這個(gè)工作，所以就出現(xiàn)了像SI工程師或者比較懂高速的硬件工程師參與到連接器和線纜的選型中。那么對(duì)于連接器應(yīng)該如何來(lái)選擇呢？需要注意一些什么？對(duì)于產(chǎn)品有什么影響？

對(duì)于連接器的選擇主要是從兩個(gè)大的方向著手，首先就是結(jié)構(gòu)，其次就是電氣性能。

在結(jié)構(gòu)方面，連接器首先要滿足連接的作用，所以符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，pin與pin一一對(duì)應(yīng)。

在電氣性能方面，連接器需要滿足阻抗、插入損耗、回波損耗、遠(yuǎn)端串?dāng)_、近端串?dāng)_、延時(shí)等等要求。

在這里就針對(duì)電氣方面的參數(shù)做點(diǎn)說(shuō)明，下面是我測(cè)試的某公司一款的連接器。

阻抗:

阻抗設(shè)計(jì)要求在100ohm+/-10%。從結(jié)果上看，并不能滿足要求。在連接器處到了85ohm。

插入損耗：

插入損耗在28GHz范圍內(nèi)都能滿足規(guī)范對(duì)插入損耗的要求。

回波損耗：

回波損耗在28GHz以內(nèi)都在回?fù)p指標(biāo)范圍以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

遠(yuǎn)端串?dāng)_：

遠(yuǎn)端串?dāng)_，在28GHz以內(nèi)基本滿足-20dB以內(nèi)。

近端串?dāng)_：

近端串?dāng)_，在28GHz以內(nèi)都在-25dB以內(nèi)。由于沒(méi)有明確近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_的要求，而是要求做ICN計(jì)算。本文暫且不做ICN介紹。

通過(guò)測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)此款連接器基本都滿足規(guī)范要求，只是阻抗沒(méi)有滿足要求（本文只介紹分析流程，細(xì)節(jié)不贅述）。

當(dāng)然，這種通過(guò)測(cè)試板測(cè)試連接器的方式，在某種意義上，很多公司難以做到，畢竟這需要花費(fèi)很大的人力和財(cái)力，比如你至少需要一臺(tái)高帶寬的網(wǎng)絡(luò)分析儀，每次做測(cè)試板的時(shí)候需要打板，需要一個(gè)比較了解連接器測(cè)試流程的工程師等等。但是即使自己公司不這樣做，也要學(xué)會(huì)看懂供應(yīng)商提供的測(cè)試報(bào)告，這是最基本的要求。否則在使用高速連接器的時(shí)候就會(huì)遇到不可預(yù)知的麻煩。

比如，如果您選用的連接器其串?dāng)_非常大，那么在設(shè)計(jì)的時(shí)候，即使在傳輸線上做的再好，在產(chǎn)品測(cè)試時(shí)，其誤碼率很可能就會(huì)達(dá)不到要求。之前有一個(gè)朋友就遇到了這種狀況。在第一版產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)誤碼率一直過(guò)不了規(guī)范，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上找了所有能找的原因，包括芯片、鏈路設(shè)計(jì)等，都覺(jué)得沒(méi)有問(wèn)題，找到我們的時(shí)候，我們分析了一遍之后，也覺(jué)得沒(méi)有問(wèn)題，芯片也是我們用過(guò)的，距離更長(zhǎng)都不會(huì)存在問(wèn)題，拿到他們的產(chǎn)品實(shí)物一看，就發(fā)現(xiàn)其使用的高速連接器顯然是沒(méi)有升級(jí)的，廠家標(biāo)稱說(shuō)是可以達(dá)到那么高的速率，但是實(shí)際上還是存在一定的水分。因?yàn)槠鋬蓚€(gè)版本的連接器在物理結(jié)構(gòu)上是完全兼容的，但是由于連接器內(nèi)部重新進(jìn)行了升級(jí)設(shè)計(jì)，使原來(lái)的串?dāng)_效果得到了大大的提高。后來(lái)?yè)Q掉連接器之后，產(chǎn)品完美的達(dá)到了規(guī)范要求。

很多時(shí)候廠家提供的參數(shù)是在他們?cè)O(shè)計(jì)和生產(chǎn)的條件下得到的，推薦各位用戶工程師使用，一般不會(huì)出現(xiàn)什么太大的問(wèn)題，但是如果您在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的時(shí)候，使用的過(guò)孔不同或是材料不同或是生產(chǎn)工藝不同，這就即有可能出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候如果通過(guò)自己公司本身的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝驗(yàn)證過(guò)之后，沒(méi)有任何問(wèn)題才是最保險(xiǎn)的。這種方式在做大型高速產(chǎn)品的時(shí)候，是一種非常有必要的研發(fā)手段。

如下是之前測(cè)試的一款連接器和廠商提供數(shù)據(jù)的插入損耗對(duì)比圖：

從結(jié)果上分析，在12.5GHz時(shí)，相差1dB，還是差別有點(diǎn)大。使用好一點(diǎn)的材料，都可以達(dá)到將近2inch的走線距離，著實(shí)有點(diǎn)小恐怖。當(dāng)然，這并不是所有的連接器都是如此這種情況，有的還是非常接近。

審核編輯：湯梓紅