Высокоскоростная передача данных и целостность сигналов
Электронные устройства становятся все более компактными и модульными.
Нередко устройство содержит несколько печатных плат, и для их соединения между собой необходимы соединители. К примерам подобного применения относятся системы с объединительными платами, промышленные приводы, блоки управления, зарядные станции для электромобилей и т.д.
Многие из современных электронных компонентов устройств работают с потоками данных, передаваемых на все более высокой скорости. При поиске нужных соединителей для конкретной сферы применения инженерам необходима информация о показателях целостности сигналов, обеспечиваемой соединителем – например, данные о том, поддерживает ли соединитель тот или иной протокол или определенную скорость передачи данных. При наличии этих параметров инженеры могут сравнивать различные соединители и выбирать наиболее подходящее для конкретного случая решение.
Важно принимать во внимание, что соединитель является одним из компонентов системы на основе печатных плат. Показатель целостности сигналов системы обусловлен различными факторами, поэтому в том, что касается передачи цифровых данных, все компоненты канала передачи должны полностью соответствовать друг другу. Не-удачное исполнение печатной платы может привести к возникновению ошибок при передаче данных даже при использовании высококачественных соединителей. С другой стороны, низкоскоростной соединитель может поддерживать передачу данных на высокой скорости при соответствующем исполнении канала передачи данных.
В данных каналах обеспечивается моделирование полной линии пере-дачи данных от передатчика к приемнику, включая перекрестные помехи и отражение сигналов. Показатели работы соединителя в таких опорных каналах будут отражены в его техническом паспорте, и этой информацией можно пользоваться как справочными значениями при проектировании канала передачи данных, а также для сравнения раз-личных соединителей. Характеристики предоставляются в табличном виде, так что инженеры могут пользоваться ими в качестве справочной информации.
Предварительные примечания:
Просим обратить внимание, что для большинства многоконтактных соединителей невозможно сделать разводку на одном слое печатной платы. Максимальный показатель маршрутизации для топологии печатной платы определяет количество слоев, требуемое для маршрутизации всех необходимых сигналов. Следовательно, длина отводов определяется в зависимости от слоя. Расстояние между заземляющими линиями полоскового шлейфа составляет 0,4 мм, что обеспечивает маршрутизацию по схеме 4-5-4 с зазором 0,9 мм (35 мил). Маршрутизация по схеме 3-4-3, которая все чаще применяется в микроэлектронике, не используется по соображениям совместимости.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПОРНЫХ КАНАЛОВ
Короткий канал с одним соединителем обеспечивает прямую линию передачи сигналов от передатчика на материнской плате к приемнику на дочерней плате. Канал включает в себя один соединитель, соединяющий материнскую плату с дочерней. Данный канал предназначен для систем размером не более 30,48 x 30,48 см (12”x12”). Ввиду централизованной коммутации максимальная длина цепи на материнской плате составляет 20,32 см (8"). Дочерние платы – меньшего размера, с приблизи-тельной длиной цепи 10,16 см (4"). Доступные варианты конфигурации печатных плат включают в себя компоновку с мезонинным соединением (параллельная), торцевым соединением (компланарная) и соединением "материнская плата – дочерняя плата" (ортогональная конфигурация).
Для обеих печатных плат применяется материал FR4 с медным покрытием толщиной 18 мкм (вес 0,5 унции) (Nelco 4000-6: Dk=4,3; DF=0,023).
Дочерняя плата / материнская плата:
• Длина цепи: 10,16 см (4 дюйма)
• Маршрутизация [мил]: 4-5-4
• Материал: Nelco 4000-6 (DK=4,3; DF=0,023)
• Задержка сигнала в конце канала <5 пс
• Дифференциальное рассогласование сопротивления в цепях ±6 Ом
• Суммарная толщина печатной платы: 2,3 мм
• Мин. длина отводов: 0,3 мм
• Макс. длина отводов: доп. 0,4 мм на каждый дополнительный требуемый слой (в зависимости от возможностей трассировки)
Объединительная/адаптерная плата:
• Длина цепи: 12,7 см (5 дюймов)
• Маршрутизация [мил]: 4-5-4
• Материал: Nelco 4000-6 (DK=4,3; DF=0,023)
• Задержка сигнала в конце канала <5 пс
• Дифференциальное рассогласование сопротивления в цепях ±6 Ом
• Суммарная толщина печатной платы: 4,0 мм
• Мин. длина отводов: 0,3 мм
• Макс. длина отводов: доп. 0,4 мм на каждый дополнительный требуемый слой (в зависимости от возможностей трассировки)
Протяженный канал с двумя соединителями
Протяженный канал с двумя соединителями выполнен на базе классической конфигурации объединительной печатной платы
с одной объединительной платой и несколькими дочерними платами. Канал характеризуется печатными платами большего размера и более протяженными цепями в сравнении с коротким каналом с двумя соединителями.
Линия прохождения сигнала от передатчика (на первой дочерней плате) к приемнику (на второй дочерней плате) включает в себя два соединителя. Объединительная плата представляет собой промежуточную печатную плату.
С учетом того, что коммутация осуществляется в центре объедини-тельной платы, приблизительная длина наиболее протяженной линии передачи сигналов составляет 38,1 см (15 дюймов). Длина цепи в дочерних платах составляет не более 12,7 см (5 дюймов). В объединительной плате и дочерних платах применяется материал FR4 с медным покрытием толщиной 18 мкм (вес 0,5 унции) (Nelco 4000-6: Dk=4,3; DF=0,023).
Дочерняя плата:
• Длина цепи: 12,7 см (5 дюймов)
• Маршрутизация [мил]: 4-5-4
• Материал: Nelco 4000-6 (DK=4,3; DF=0,023)
• Задержка сигнала в конце канала <5 пс
• Дифференциальное рассогласование сопротивления в цепях ±6 Ом
• Суммарная толщина печатной платы: 2,3 мм
• Мин. длина отводов: 0,3 мм
• Макс. длина отводов: доп. 0,4 мм на каждый дополнительный требуемый слой (в зависимости от возможностей трассировки)
Объединительная плата:
• Длина цепи: 38,1 см (15 дюймов)
• Маршрутизация [мил]: 4-5-4
• Материал: Nelco 4000-6 (DK=4,3; DF=0,023)
• Задержка сигнала в конце канала <5 пс
• Дифференциальное рассогласование сопротивления в цепях ±6 Ом
• Суммарная толщина печатной платы: 4,0 мм
• Мин. длина отводов: 0,3 мм
• Макс. длина отводов: доп. 0,4 мм на каждый дополнительный требуемый слой (в зависимости от возможностей трассировки)
Кабельный канал
В кабельном канале две печатные платы соединяются кабелем. Показатель целостности сигналов в кабельных каналах тесно связан с определенными характеристиками кабелей.
Основными параметрами являются, к примеру, диаметр жилы и длина кабеля. С учетом различных характеристик кабелей, в общей конфигурации канала они являются переменными значениями. Для каждой серии соединителей они будут определяться отдельно (исходя из наиболее репрезентативных примеров применения) и будут предоставляться с результатами измерений для каждого соединителя. Оба конца кабеля подключены к печатной плате посредством соединителей. Таким образом, линия передачи сигналов от передатчика (на первой печатной плате) к приемнику (на второй плате) содержит два соединителя, связанных кабелем.
Параметры печатных плат:
• Длина цепи: 5,1 см (2 дюйма)
• Маршрутизация [мил]: 4-5-4
• Материал: Nelco 4000-6 (DK=4,3; DF=0,023)
• Задержка сигнала в конце канала <5 пс
• Дифференциальное рассогласование сопротивления в цепях ±6 Ом
• Суммарная толщина печатной платы: 1,6 мм
• Мин. длина отводов: 0,3 мм
• Макс. длина отводов: доп. 0,4 мм на каждый дополнительный требуемый слой (в зависимости от возможностей трассировки)
К параметрам, определяемым отдельно, относятся:
• Тип кабеля: например, шлейф, отдельные жилы и т.д.
• Калибр провода / диаметр провода
• Длина кабеля: 0,3 м, 0,5 м и т.д.
• Материал изоляции: ПТФЭ, ПВХ, термополиэтилен и т.д.
• Задержка сигнала в конце канала <50 пс
• Дифференциальное рассогласование сопротивления в цепях
РЕЗУЛЬТАТ
Показатель целостности сигналов соединителя печатной платы
После моделирования соединителя в соответствующих опорных каналах
выполняется анализ и обобщение результатов. Доступные скорости передачи данных и рекомендованные протоколы представлены в таблице, что позволяет быстро получить информацию о возможных вариантах применения соединителя. Результаты моделирования для каждого
соединителя печатной платы будут включены в предоставляемый технический паспорт.
Для каждого протокола передачи данных в таблице указывается соответствие соединителя – "подходит" или "не рекомендован".
Например, соединитель har-flex® HD-Card Edge можно применять для передачи данных на скорости до 25 Гбит/с для следующих протоколов.
Пример:
Компания HARTING Technology Group
Интеллектуальные высокопроизводительные технологии
соединений формируют основу для промышленных процессов и
производственных технологий. Портфолио продуктов и решений
компании HARTING включает в себя соединители, технологии для соединения устройств, сетевые компоненты и готовые системные кабели.
Продукция HARTING предназначен а для соединения устройств, оборудования и промышленных агрегатов, позволяя реализовать передачу
данных, сигналов и электроэнергии. Наши предложения могут использоваться для построения решений в следующих областях применения: технологии автоматизации, энергетика, технологии для транспортного сектора, машиностроение, медицинские технологии и инфраструктура.
Кроме того, компания HARTING производит электромагнитные компоненты для отраслей автомобилестроения, производства зарядных устройств и кабелей для электромобилей и предлагает решения в сфере Индустрии 4.0 (Интегрированная индустрия / Промышленный Интернет), технологий строительства и промышленных систем.
Компания HARTING Technology Group располагает 14 производственными предприятиями и 44 представительства ми по продажам в различных странах мира.
Для получения более подробной информации свяжитесь с нами:
ХАРТИНГ Россия 195027, Санкт Петербург, Свердловская 44 , оф. 612
ru@HARTING.com | www.HARTING.ru
