一款表貼高速連接器測試板的串?dāng)_優(yōu)化設(shè)計

摘 要：針對一款表貼高速連接器的遠端串?dāng)_測試不合格而進行分析和設(shè)計，通過優(yōu)化高速連接器測試板改善了遠端串?dāng)_測試結(jié)果。首先介紹了印制板串?dāng)_的成因和主要影響因素;然后優(yōu)化設(shè)計測試板布線和疊層，并通過仿真對比測試板在優(yōu)化前后的遠端串?dāng)_性能;最后使用優(yōu)化前后的測試板分別實測表貼連接器遠端串?dāng)_性能，并對比遠端串?dāng)_測試結(jié)果，驗證優(yōu)化的有效性。通過測試結(jié)果可以看出，使用優(yōu)化后的測試板測試連接器，遠端串?dāng)_滿足≤-26 dB的要求。

關(guān)鍵詞：串?dāng)_;高速連接器;測試板;帶狀線

0? ? 引言

隨著技術(shù)的飛速進步，電子系統(tǒng)正不斷地向高速率、高集成度的方向發(fā)展，信號完整性問題也變得更加重要[1-3]。高速連接器伴隨著現(xiàn)代電子系統(tǒng)的需求，在高速傳輸領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4]。高速連接器作為印制板間或印制板與外部連接的重要器件，需滿足嚴格的信號完整性指標(biāo)要求，其中串?dāng)_為重要指標(biāo)之一[5-6]。

在高速連接器的開發(fā)過程中，一般在印制板上設(shè)計走線，連接測試儀器和連接器測試引腳，以測試產(chǎn)品是否滿足高速性能。印制板走線之間本身存在串?dāng)_，儀器測得的串?dāng)_結(jié)果包括了連接器接觸件之間和測試板走線之間的串?dāng)_。因此，高速連接器測試板的串?dāng)_性能對連接器串?dāng)_測試結(jié)果的準(zhǔn)確性有著重要影響。

現(xiàn)有某型號高速連接器的兩對差分對之間遠端串?dāng)_的測試結(jié)果不滿足指標(biāo)要求，需對問題進行定位并優(yōu)化遠端串?dāng)_結(jié)果。

1? ? 測試板優(yōu)化前的高速連接器串?dāng)_

對于表貼高速連接器，通常使用微帶線測試板進行測試，因為表層微帶走線可以避開傳輸線上過孔的設(shè)計，降低了高速板的設(shè)計難度。但是微帶線在較小空間、較高傳輸速率時會產(chǎn)生串?dāng)_。

被測表貼高速連接器串?dāng)_要求≤-26 dB（10 MHz、6.25 Gb/s），該表貼連接器使用微帶線測試板，如圖1所示，實測近端串?dāng)_滿足要求，而遠端串?dāng)_為-24.7 dB，沒有達到≤-26 dB的要求?？赏ㄟ^仿真分析是否是測試印制板串?dāng)_超差，導(dǎo)致產(chǎn)品遠端串?dāng)_測試不合格，分別做連接器的串?dāng)_仿真和連接器與測試板的串?dāng)_仿真。圖2為連接器仿真模型;圖3為包含微帶線印制板與連接器的仿真模型，微帶線長度等于實物印制板上微帶線長度。

兩種模型的仿真結(jié)果如圖4所示，表1為遠端串?dāng)_的仿真最大值。通過對比可以看出，連接器仿真模型的遠端串?dāng)_≤-30.7 dB，滿足指標(biāo)要求，而帶有測試板的連接器仿真模型遠端串?dāng)_結(jié)果為≤-25.6 dB，不滿足要求?？煽闯鰷y試板的串?dāng)_性能設(shè)計不好，導(dǎo)致產(chǎn)品串?dāng)_測試不合格，下面主要針對測試板進行分析和優(yōu)化。

2? ? 印制板串?dāng)_分析

串?dāng)_是指信號在傳輸線上傳播時，對相鄰的傳輸線產(chǎn)生的容性耦合和感性耦合噪聲。

容性耦合是指干擾線上傳輸?shù)男盘栍捎陔妷和蛔兌a(chǎn)生的電場在被干擾線上引起感應(yīng)電流，從而引發(fā)電磁干擾的現(xiàn)象。當(dāng)信號從干擾線的驅(qū)動端輸出時，會有一部分容性耦合電流流入受擾線。因為受擾線上前向和后向受到的阻抗相同，所以耦合電流一半流回受擾線近端，另一半流向受擾線遠端。流向受擾線遠端的電流是正向流動的，即從信號路徑流到返回路徑。

感性耦合是指干擾線上傳輸?shù)男盘栍捎陔娏魍蛔兌a(chǎn)生的磁場在被干擾線上引起感應(yīng)電壓，從而引發(fā)電磁干擾的現(xiàn)象。同容性耦合相似，當(dāng)受擾線上出現(xiàn)耦合電流時，耦合電流一半流向近端，另一半流向受擾線遠端。不同的是，受擾線遠端感性耦合電流的方向與容性耦合電流的方向相反。

由此可知，受擾線遠端的耦合噪聲為容性耦合噪聲與感性耦合噪聲的差值。

如果所有導(dǎo)線周圍的介質(zhì)材料是同質(zhì)的，而且是均勻分布的，則相對容性耦合和相對感性耦合是完全相同的，在這種結(jié)構(gòu)中就不會出現(xiàn)遠端串?dāng)_。如果介質(zhì)材料有不同質(zhì)現(xiàn)象，相對容性耦合和相對感性耦合就不相等，這將引起遠端噪聲。由此可以得出，周圍介質(zhì)相同的帶狀線走線相對于上下介質(zhì)不同的微帶線走線，可以減小線條間的遠端串?dāng)_。

3? ? 優(yōu)化高速測試印制板設(shè)計

從上一節(jié)的分析可看出微帶線對遠端串?dāng)_的影響，可以通過優(yōu)化布線和疊層，將表層微帶線變?yōu)閮?nèi)層的帶狀線來改善遠端串?dāng)_。

首先通過仿真進行分析和優(yōu)化，仿真帶狀線測試板與連接器安裝后的串?dāng)_，得到連接器與帶狀線測試板和連接器與微帶線測試板的遠端串?dāng)_仿真結(jié)果如圖5所示，表2為遠端串?dāng)_的仿真最大值。連接器與帶狀線測試板遠端串?dāng)_仿真結(jié)果≤-29.1 dB，滿足指標(biāo)要求，優(yōu)于第2節(jié)的微帶線測試板串?dāng)_仿真結(jié)果。

最后，分別測試微帶線走線和帶狀線走線測試板，表貼高速連接器與帶狀線測試板如圖6所示，表3為遠端串?dāng)_的實測最大值。

使用優(yōu)化前后測試板分別測試同一款表貼連接器遠端串?dāng)_，結(jié)果如圖7所示，測試頻率范圍0～3.125 GHz。使用微帶線走線印制板測得連接器遠端串?dāng)_≤-24.6 dB，使用帶狀線走線印制板測得連接器遠端串?dāng)_≤-27.4 dB。通過對比可以看出，使用帶狀線測試板相對于使用微帶線印制板遠端串?dāng)_明顯得到了改善，表明使用帶狀線形式走線的測試板具有更低的遠端串?dāng)_值，即在高速連接器測試中引入的遠端串?dāng)_更少，可使遠端串?dāng)_測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

4? ? 結(jié)語

本文對印制板微帶線和帶狀線遠端串?dāng)_的不同進行了理論分析，帶狀線遠端串?dāng)_更小?；诶碚摲治?，對一款表貼高速連接器遠端串?dāng)_測試不合格的問題進行了分析和仿真，并對高速測試板串?dāng)_進行優(yōu)化，將印制板微帶線改為帶狀線。最后，分別使用優(yōu)化前后的測試板實測連接器樣品，測試結(jié)果顯示，使用優(yōu)化后測試板的高速連接器遠端串?dāng)_測試結(jié)果降低了2.8 dB，并且該結(jié)果滿足了表貼高速連接器串?dāng)_≤-26 dB的要求。

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收稿日期：2020-04-26

作者簡介：何飛（1992—），女，山東人，助理工程師，研究方向：信號完整性。