高速數(shù)字設計第九章連接器

第九章連接器 共模電感（MUTUALINDUCTANCE--HOWCONNECTORS 地平面如何改變會流路徑（HowGroundsAltertheReturn-Current 串聯(lián)電感——連接器產生電磁干擾（EMI）的主要原因 寄生電容--多負載總線上的連接器 CAPACITANCE--CONNECTORSONAMULTIDROP 管腳到管腳的電容（Pin-to-Pin 電路布線電容(CircuitTrace 接受器和驅動器的電容(CapacitanceofReceiversand 分布均勻的負載(Evenly-Spaced 慢速總線(VerySlow 連接器的耦合測量(MEASURINGCOUPLINGINA 接地和信號管腳(GroundandSignal 脈沖發(fā)生器和源端阻抗(PulseGeneratorandSource 發(fā)送線的終端阻抗(TerminatingImpedanceontheTransmitting 模擬接收線的源端阻抗(SimulatedSourceImpendanceofReceiving 匹配電阻(Matching 外部連接中如何滿足EMI問題(FIXINGEMIPROBLEMSWITHEXTERNAL 濾波 常規(guī)阻塞(CommonMode 用于高速信號的特殊連接器(SPECIALCONNECTORSFORHIGH-SPEED AMPZ-Pack點對點連接器（AMPZ-PackPoint-to-Point Augat點對點連接器(AugatPoint-to-Point dyne多負載總線連接器(dyneMultidropBus 經過連接器的差分信號(DIFFERENTIALSIGNALINGTHROUGH 第九章連接器：本章就連接器對系統(tǒng)所造成的問題和MI問題進行了原理性分析和理論計算，對我們所應關注的連接器的三個主要參數(shù)：共模電感、串聯(lián)電感和寄生電容的產生機制和影響進行了深入的討論。并就高速應用、多負載總線應用、差分信號應用、背板應用等各種應用場合的特點進行了分析。最后，還討論了一些新型的連接器。信號速度越快，選用連接器就越。原因是多方面的。首先價格方面，常用的幾十共模電感（MUTUALINDUCTANCE--HOWCONNECTORS圖9.、、。從邏輯門出的電流將通過返回。由于、、有交迭，的磁場會給、信號帶來噪聲電壓。在上的噪聲會比上的噪聲大，因為與的交迭面積更大。即使沒有交迭，兩個相鄰的電流回路也會相互影響，產生共模電感噪聲。圖9.1連接器的管腳之間還存在寄生電容，在數(shù)字電路里它會導致串擾，不過影響比共模電感小一些。有的連接器表現(xiàn)為容性，有的表現(xiàn)為感性。9先討論電感。串擾評估（Estimating響，如X和Y。是沿地線返回的信號電流。因此共模電感的由兩項組成如下：（其中第二項大于第一項）a=X信號到Y信號的距離（bY信號到地線的距離（c=X信號到地線的距離（in.）D=連接器管腳的直徑（單位in.）H=連接器管腳長度（LX,Y=回路X和Y之間的共模電感（考干擾對性能的影響。如果系統(tǒng)中的連接器性能可能影響系統(tǒng)性能，不妨找接器并測一下下一步我們需要最大的dI/dt值，可以用等式2.41或2.42來估計DI/dt圖9.2圖9.3地平面如何改變會流路徑（HowGroundsAltertheReturn-Current下面的連接器特性的四個規(guī)則，其實已包含在等式9.線緊密地耦合回路X和Y，使流過地線的電流在回路Y上產生一個大的沖擊。如果地線電流一半。共模電感Lx,y將因此而下降。加上的地線將進一步細分接地電流但并不一定分成原來的圖9.4（1+N2））。如等式9.4所示圖9.5

本節(jié)要點INDUCTANCE--HOWCONNECTORSCREATEEMI）EMI來自最大回路的電流信號的對外發(fā)只有很小的回流信號電流通過其他路徑返回A板卡。它不會影響最終的EMI大回路的高頻電流將輻射大量的電磁能量以致不能通過FCC-或VDE-的輻射強度試。EMI設計最大的是要使所有信號回路交叉部分盡可能的小。例如，在地線層流過的高頻電圍成一個面積0.06in.2的閉環(huán)區(qū)域。這樣一個閉環(huán)區(qū)域對EMI來講通常是可以接受的。圖9.6中，當在回流通的任何中斷或不連續(xù)，如在連接器接地管腳上的轉換，都會在電流回產G1標識這個突起。64-bit總線信號路徑的絕大多數(shù)回路阻抗是由G1回路阻抗產生的圖9.664-bit例如，圖9.7中假設板卡A和C共用兩個連接器。另外接器稱為D并離開連接B一些距離。信號返回電流的一部分可以通過連接器D上的接地線流回A，如圖9.7中的G2圖9.7通過連接器D量，過100uV/m。關于EMC的規(guī)則和設計技術請參考相關資料。測量數(shù)字產品的精確的輻射電平是很的，因為許多因素會影響測量結果。等式9.足C或的30M以上的輻射限制的條件下表示了在開放空間里的峰值電流、上升時間和閉環(huán)區(qū)域限制的關系。E=電磁輻射強度（V/m，3米遠A=輻射回路區(qū)域Ip峰值電流T10-90=信號上升時間Fclock=時鐘頻率他的100根也能滿足嗎？在你的設計之前建立一個仿真系統(tǒng)，模仿一些通過連接器的時鐘走線。這聽起來似乎很浪費，但它卻能在后面的工作約大量的成本。機械封裝和防護在成本上例9.1：連接器的輻射圖9.8表示了以典型的16-bit總線。我們可以一步一步的計算回路G1和G2的電感，和G1G2的輻射回路G1的電r0.025/2（管腳半徑，in.；注意我們用的是h/r代替2h/d）w1=0.2（信號與地的距離，in.）h=0.4（連接器管腳長度，in.1/2=地線對兩側信號的計算因子（詳見9.1節(jié)的規(guī)則G2回路的電感r=0.025/2（管腳半徑w2=6.0（信號與連接器D的距離，in.）h=0.4（連接器管腳長度，in.）利用等式9.5可以得到回路Y的峰值電A=0.08（管腳長度0.4in.乘上信號與地的距離0.2in.；in.2）IG1=0.037（峰值電流，A）T10-905X10(-9)（信號上升時間，s）Fclock=10(8)Hz因此，這個連接器并不能滿足要求?，F(xiàn)在我們再來分析一下連接器D（圖A=2.4（管腳長度0.4-in.乘上信號與地的距離6-IG1=0.0015（T10-905X10(-9)（信號上升時間，s）Fclock=10(8)Hz一根信號線的輻射是94uV。16根信號線的圖9.8返回電流轉移示例規(guī)則3：將所有的母卡連接器集中在A卡上可以分離或搬移遠端返本節(jié)要點EMI是由大回路的信號電生的CAPACITANCE--USINGCONNECTORSONAMULTIDROPBUS）、連接器管腳到管腳的電容和連接器與PCB圖9.9管腳到管腳的電容（Pin-to- 有的連接器管腳之間的距離是比較大的，有的管腳甚至是交叉排列的。這樣可以減小電容。還可以在板上焊接層的焊盤之間留下的空間，有利于加工。對0.05in.器來說，交叉排列越來越重要。電路布線電容(CircuitTraceTd=布線延遲（ps/in.，詳見1.3節(jié)Z0=布線阻抗（歐，詳見4.5節(jié)C=電容接受器和驅動器的電容(CapacitanceofReceiversand許多供應商在其里標明了高速接受器的電容。如果沒有表明，可使用圖1進行簡單的測量。測量時，調整脈沖發(fā)生器來產生脈沖，要求脈沖電壓為接受器有效工作電壓的中間值，并且脈沖的高度接近使用中的真實情況。給接受器通上電即可進量。測量結果典型值為2-10p。進量。打開傳輸門電路的電源，但關閉其輸出使能。使脈沖電平處于門電路的有效區(qū)，高于示例9.2分布均勻的負載(Evenly- 慢速總線(VerySlow如果你沒有高速的要求，可以考慮源端終止的多負載總線。這種情況下可以省略圖9.線兩端的電阻。通過一個串行阻尼電阻就可以將三態(tài)信號源連接到總線上。接受器也可以直接連接到總線上。這種拓撲結構的一個好處是在背板上不再需要終端匹配元件。如果驅動器上升時間比總線的建立時間（Electricallengthofthebus）長，總線可當作簡單地、單調導總線。低EMI——減小通過連接器的本節(jié)要點連接器的耦合測量(MEASURINGCOUPLINGINA接地和信號管腳(GroundandSignal圖9.10脈沖發(fā)生器和源端阻抗(PulseGeneratorandSource9.51發(fā)送線的終端阻抗(TerminatingImpedanceontheTransmitting模擬接收線的源端阻抗(SimulatedSourceImpendanceofReceiving匹配電阻(MatchingZ0=最終電路的匹配阻抗（歐R5=匹配電阻（歐R5=匹配電阻（歐G=探頭增益（B點實際電壓乘以1/G等于測量結果本節(jié)要點連接器布地的連續(xù)性(CONTINUITYOFGROUNDUNDERNEATHA圖9.11對這一問題的一個解決辦法是把地線布在連接器每個管腳的周圍，見圖9.12圖9.12圖9.13本節(jié)要點外部連接中如何滿足EMI問題(FIXINGEMIPROBLEMSWITHEXTERNALCONNECTIONS)濾波要設計模擬電路。的物理連接如圖9.14所示。通過在內部導體的周圍提供續(xù)的金屬屏是十分小的。一個導電良好的、分布均勻的層可以任何輻射。圖9.14電纜上的信號環(huán)路的輻一種損耗線以幫助接地。這種損耗線緊密的連接在層上，它與內部導體是同樣的規(guī)格，但沒層都被緊緊的夾在金屬外層的里面，不會有線露出來。金屬外層也應當連接一個寬而扁常規(guī)阻塞(CommonMode本節(jié)要點將電路板之間的高速數(shù)字信號在外，肯定不能通過FCC和VDE的EMI測試圖9.14中標注為A的損耗線回路的輻射常常會高于FCC/VDE的規(guī)用于高速信號的特殊連接器(SPECIALCONNECTORSFORHIGH-SPEEDAPPLICATIONS)AMPZ-Pack點對點連接器（AMPZ-PackPoint-to-PointAMPZ-Pack帶狀連接器的交叉示意圖和如圖9.15所示。這種AMP連接器包括4行信圖9.15高速點對點應用中的AMPZ-Pack遲大150ps.Augat點對點連接器(AugatPoint-to-PointAugat制造了一種稱為電氣無形互連（electronicallyinvisibleinterconnect,EII）的連接器。dyne多負載總線連接器 dyneMultidropBus以出現(xiàn)在信號管腳行的任何一側，類似于AMPZ-Pack連接器。圖9.16dyne多負載總線連接本節(jié)要點對高速信號來說，干擾和EMI控制要求使用一些特殊經過連接器的差分信號(DIFFERENTIALSIGNALINGTHROUGHACONNECTOR)

Commonmodecurrent。對于一個設計良好的差分驅動器來說，Commo