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选择高速背板互连

时间：2007-11-08 14:07:00

关键字：高速背板连接器端口 PCB

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在通信应用领域，设计工程师一直在寻找满足人们对提高速度、带宽和端口密度需求的方法。与此同时，背板连接器生产商已经开始供应创新的设计来满足需求。一些原始设备制造商正使用新出的工具，像混合动力和直连无中平面的正交系统来提高其产品的通道性能，降低日趋复杂的中平面设计的整体成本。

从直角到垂直

直角转垂直背板互连方案使所有系统点间的交叉连接更方便了。这种传统的背板连接器产品专为工业标准架尺寸应用设计，这也使之成为了系统设计中的共同选择。

几乎所有的连接器解决方案都接受子卡与背板盲配，这些方案按总的定位、键控、功率和信号传递合理进行排序，所有这些排序都符合原始设备供应商对系统可升级性和可扩展性选项的要求。很多背板连接器解决方案支持各种不同的工业标准插槽宽度，这种标准槽宽支持多个从子卡尺寸。

这些方案通过端对端堆栈单块和/或胶封系统提供线性信号和功率扩展性，以支持大量不同的子卡应用。总的说来，这些常规方案支持在广泛领域的应用，如数据交换、功率交换，军用和医疗设备。

选择背板互连法时，考虑的基本需求就是单端或差分高速率，单端低速信号、功率和总定位、引导，以及对连接器进行全方位封装。系统级别的最大难题是空间问题、PCB的厚度/面积比限制问题、PCB路径限制、功率管理和冷却/气流。

当这些方案真正用于各种系统设计时，端口密度越高对跨背板信号线需求就越大。这也使得信号完整性降低，间距问题和层计数升高，最终导致成本超出。

反过来，许多连接器生产商面临的问题却是：怎样产生高速、高性能的连接器方案，使之占用空间更小，并以较小尺寸在较低成本状况下来适应气流的需求。随着原材料价格的不断上涨，连接器制造商想要以更低价格来生产更高性能的连接器非常困难，特别是用常规背板互连方案。

正交中平面

正交中平面方案正在大量传统服务器、开关和存储器应用中迅速浮现。现在，我们的工业已经发展成为高速差分架构，连接器方案不仅促进了差分信号对从子卡对子卡到中平面的转变，且依旧保持了通道内信号的完整性。

正交中平面方案很独特，因为它在保证降低成本和提高信号完整性的前提下，消除了对中平面所发送信号路径的需求。较低应用成本的高端口密度是正交结构的最大优点。

气流是正交互连时的最大问题，一旦子卡在中平面的一边旋转90°要使系统冷却是非常困难的。

一种解决方案是直连正交连接器，这样能完全消除中平面以进一步改善系统信号的完整性和气流。另外，传统系统向纯正交系统转化时可能造成向后兼容和遗留障碍。

共面/夹层装置

共面和夹层方案较常用作加强I/O的灵活性和向后兼容性，以及内存储扩展和核心处理扩展。在很多背板产品系列中，这些方案表现出了和传统背板连接器一样的机械性能和电性能，如普通可分离式接口、兼容的引脚、引导和功率选择。

在夹层方案中，气流与散热器决定配对连接器的栈高，这对制造商而言又是个难题。

由于热动力学的不断变化，不同的栈高通常需要跨不同的系统。

在共面方案中，用于子卡内部和外部的I/O端口常决定信号的性能需求，以及共面连接器可获得的空间。大部分背板连接器产品系列提供平衡装配接口的直角公选项、PBC印迹/匹配方法和装配顺序，以使电性能和机械连续性能跨越整个系统。

真正的通道性能

虽然优化连接器的电参数已经被考虑进来，系统级性能却是由整个通道决定的。PCB的接口、芯片封装和BGA匹配、板路径都影响通道的性能。

出于对通道行为量化的需要，有几个工业论坛和标准协会开始处理这个问题，并已经产生了两个不同的可行方案。

光互连论坛的常用电器接口执行协议采用了一个叫作StatEye的方法来说明通道的兼容性，如图1所示。

图1 StatEye是Matlab中的一种算法，Matlab可为眼图提供概率曲线，由此可以看到各量与BER对应的量级。

这个软件模拟了一个特定的通道并使用一个指定的参考变送器（前或后加重）和接收模型。如果合成的眼图不与特定的掩膜相干涉，那就可以认为此通道是兼容的。
IEEE802.3工作组为802.3ap 10G背板以太网标准采用了一种不同的方式，那就是为通道转换功能指定限制线，以及为包含插入损耗脉动干扰和插入损耗串扰的参数指定限制线。