控制连接器引脚排列中的串扰

首先，回顾一下

回顾一下串扰是什么以及它是如何发生的是很有用的。串扰这个术语通常与耦合互换使用，如上所述，它是并行传输的信号或迹线之间不必要的相互作用。在这种情况下，并行传输可以在同一信号层或相邻层中。这种不必要的相互作用以能量耦合到相邻线路的形式出现，是一种破坏性的噪声信号。这种信号会影响任何操作，但当它发生在那些被称为“高速”的设计中时，就变得尤为关键。

控制串扰是任何PCB 设计的关键目标之一。在大多数情况下，当我们谈论串扰时，它指的是一条传输线上的电磁场与相邻传输线上的电磁场之间不必要的相互作用。但串扰也可能发生在连接器引脚中。在当今的高速设计中，这种串扰尤其令人担忧，因为连接器中的接收信号和驱动信号之间没有隔离。本文将描述这种类型的串扰、它造成的干扰类型、需要考虑的设计周期以及如何成功控制它。

如上所述，与连接器引脚排列相关的串扰是当进入连接器的接收信号和驱动信号之间没有隔离时发生的串扰。高速串行链路发生这种情况是因为发送信号的幅度往往远高于接收信号。在某些 SERDES 的情况下，差异可能高达 38 dB，大致是驱动器的比率为 100，而接收器的比率为 5。

注意：SERDES 是“串行器”和“解串器”的首字母缩写，是一种常用于高速通信的设备，用于补偿有限的输入和输出。SERDES 在并行接口和串行接口之间转换数据，使用一条或多条差分线将数据从 A 点传输到 B 点。在高速串行链路中，接收信号对串扰非常敏感，很容易导致其失效。 

连接器的类型以及如何实现隔离

连接器基本上有两种类型：直角连接器和圆形外壳的连接器。

 

直角连接器

直角连接器用于将子板连接到背板。这些连接器通常具有由挡板隔离的成排引脚。在这里，隔离是通过将接收信号放在一排引脚中，将发送信号放在另一排引脚中来实现的，这样挡板就可以将它们物理地分开。这种直角连接器技术已经存在了很长时间，因此很容易被业界采用。

随着数据速率达到 32 Gb/S 及以上，我们有必要更进一步，使用具有差分对并由屏蔽层包围的连接器，例如双轴电缆。双轴电缆，又称 twinax，是一种类似于普通同轴铜缆的电缆，但它有两个内导体，而不是一个。最初，它主要用于 IBM 的 IBM3x 和 AS/400 计算机系统。在当今的高速产品中，它已成为差分信号传输事实上的“首选”解决方案。

值得注意的是，虽然双绞线提供了自动串扰保护，但这并不是开发它的原因。最初，双绞线是为了解决 EMI 问题而创建的，其原因如下：

• 太空中的电线确实是极好的天线。在开发双轴电缆时，业界正在经历从连接器辐射出的 15-16 Gb/S 干扰噪声，这会导致 EMI 故障。

因此，虽然串扰控制不是双绞线技术的推动力，但它却成为解决串扰的最佳解决方案。此外，使用双绞线时，决定如何引出连接器要容易得多。

圆形连接器

另一种连接器主要由航空航天工业使用，即圆形连接器。圆形连接器具有一排彼此相邻的引脚，中间没有挡板。当没有隔离手段时，挑战就变成了如何保护驱动和接收信号。“解决方法”是选择一个引脚数远多于正在开发的产品所需的连接器。结果是驱动信号在连接器的一侧，而接收信号在另一侧，它们之间的引脚充当间隔物。

 

在设计过程的哪个阶段确定连接器类型？

在设计过程一开始就必须确定所设计产品需要什么类型的连接器。

Speeding Edge 创始人兼总裁 Lee Ritchey 指出：“在开发服务器等产品时，产品架构流程的第一步应该是走进房间，画出背板的轮廓，并确定设计的引脚布局，以便既可布线，又不会出现串扰问题。这几乎是设计流程的第一步。如果那时不这样做，您很容易遇到串扰问题。此外，如果那时不这样做，流程的下游就没有解决办法。这就是为什么必须从一开始就做出这个决定。”

Ritchey 继续说道：“显然，如果您使用双轴电缆，则需要考虑成本问题。由于双轴电缆连接器更复杂，因此成本会更高。‘标准’连接器的引脚没有屏蔽。这些引脚只是从一块金属板上冲压出来，然后卡在连接器外壳中。使用双轴电缆时，引脚封装在电介质中，然后进行屏蔽。很难想象这是如何做到的，因为它太复杂了。”

他总结道：“对于给定的设计，选择双同轴作为连接器技术肯定更昂贵。但是，如果区别在于没有串扰问题的产品与没有串扰问题的产品，那么双同轴的成本就不再是问题了。”

概括

控制连接器引脚中可能发生的串扰是当今高速设计的主要问题。通过在设计过程开始时选择正确的连接器类型，可以轻松解决此问题。