高速連接器設計與分析 (2) : 接腳 (Pin Lead)

高速連接器設計與分析 (2) : 接腳 (Pin Lead)

高速連接器(High speed connector)的類型,常可以看到有DIP的插件型式和SMD表面貼裝型式,其中何種類型的選用則根據應用的條件狀況來綜合考量。插件型式連接器 (DIP type connector) 優點為能更加牢固的固定在印刷電路板PCB上頭,其承受應力的能力強和電氣連接的可靠度高,且在某些應用上其封裝型式生產成本可低於表面貼裝型式連接器 (SMD type connector)。缺點的部分則在大批量生產時,連接器與印刷電路板PCB結合時,需多一道波峰焊 (Wave soldering) 的製程工序,此將額外增加產品整體製造成本。BL07_HighSpeed_PCIe_PinLead_B_Lead

接下來我們更進一步的從信號完整性 SI (Signal Integrity) 角度,觀察不同型態的高速連接器 (High speed connector) 有何影響。圖一為DIP插件式型態PCIe高速連接器接腳 (Pin Lead) 與印刷電路板PCB的貫穿孔相互連接,對於高速訊號傳輸走經此處時,將出現阻抗不連續的狀況且勢必需要進行優化處理。並由於先天的DIP型態連接,無論是 Top Layer / Bottom Layer 的表層走線或者 Inner Layer 內層走線,多少都將面臨到類似殘樁 (Stub) 效應的影響,對於走線上的佈局以及可優化的空間彈性皆有一定程度的限制。

反觀圖二SMD表面貼裝型態的高速連接器接腳 (Pin Lead) 與PCB的焊盤 (Pad) 相互連接,當高速訊號傳輸至此連接處時,雖然同樣也會出現阻抗的不連續,但對其優化的空間彈性相對友善些,走線層佈局也更容易地去規避殘樁 (Stub) 效應所造成的信號完整性影響。

BL07_HighSpeed_PCIe_PinLead_C_DIP_eyeBL07_HighSpeed_PCIe_PinLead_D_SMD_eye

在相同的訊號傳輸路徑長度和走線層疊規劃,也同樣優化了無源通道上阻抗不連續的位置。從圖三 & 圖四最終的差分時域眼圖波形可觀察到,表面貼裝型式的高速連接器 (SMD type high speed connector) 眼圖的整體表現,確實較優於插件型式的高速連接器 (DIP type high speed connector),眼皮厚度減少了23.95mV、眼高與眼寬也分別多拉開了8.24mV & 1.7ps、抖動 (Jitter) 改善了2.28ps。雖然SMD表面貼裝型式的連接器每一項眼圖指標都更優,但DIP插件型式的連接器並非就不適合拿來高速電路上使用,在某些特定場景與應用反而更優於表面貼裝式。至於該選用何種形式的高速連接器來進行對接,則需考量到產品的應用與特性、電路走線整體佈局、訊號數據率、成本...等等,最恰當的選擇才是最好的設計。




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