CN107918581A - 一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统 - Google Patents

一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统,所述方法包括:将连接器中管脚与焊盘的多余部分设置为不同长度;将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。本发明解决了现有连接器管脚和焊盘过长,影响信号质量的问题,减小信号传输中的损耗,提高信号质量,管脚的截断有助于减少材料的成本费用,焊盘的截断有助于产生更大的空间进行走线,方便设计。

Description

一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统
技术领域
本发明涉及信号传输领域,特别是一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统。
背景技术
背板连接器是大型通讯设备、超高性能服务器和巨型计算机、工业计算机、高端存储设备常用的一类连接器。主要作用是连接单板和背板,单板和背板间呈90度垂直结构,传递高速差分信号或单端信号以及传递大电流。
连接器是电子设备中必不可少的部件,是指连接两个有源器件进行传输电流或信号。在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间,架起沟通的桥梁,从而使电流流通,使电路实现预定的功能。
现有连接器中,还是延续传统的PIN脚设计。高速连接器中的连接PIN脚太长,这样不仅会造成额外的材料成本,还会存在更多的连接器PIN Stub和电路板中的PIN Stub造成信号质量的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统,旨在解决现有连接器管脚和焊盘过长,影响信号质量的问题,实现减小信号传输中的损耗,提高信号质量。
为达到上述技术目的,本发明提供了一种针对高速信号连接器优化分析方法,包括以下步骤:
将连接器中管脚与焊盘的多余部分设置为不同长度;
将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;
分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;
选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
优选地,所述管脚和焊盘多余部分的电感与电容计算公式如下:
L1=4(0.01*D)/(d1/D+0.44),D为管脚直径,d1为为管脚多余部分长度;
L2=4(0.01*D)/(d2/D+0.44),D为管脚直径,d2为为焊盘多余部分长度;
C1=4ε/d1,ε为介质介电常数,d1为管脚多余部分长度;
C2=4ε/d2,ε为介质介电常数,d2为焊盘多余部分长度。
优选地,所述性能参数包括插入损耗和回波损耗的大小以及是否有谐振现象。
优选地,所述性能参数的选择标准如下:插入损耗和回波损耗更小且无谐振现象。
本发明还公开了一种针对高速信号连接器优化分析系统,包括:
长度设置模块,用于将连接器中管脚与焊盘的多余部分设置为不同长度;
等效模块,用于将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;
性能分析模块,用于分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;
截断长度确定模块,用于选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
优选地,所述管脚和焊盘多余部分的电感与电容计算公式如下:
L1=4(0.01*D)/(d1/D+0.44),D为管脚直径,d1为为管脚多余部分长度;
L2=4(0.01*D)/(d2/D+0.44),D为管脚直径,d2为为焊盘多余部分长度;
C1=4ε/d1,ε为介质介电常数,d1为管脚多余部分长度;
C2=4ε/d2,ε为介质介电常数,d2为焊盘多余部分长度。
优选地,所述性能参数包括插入损耗和回波损耗的大小以及是否有谐振现象。
优选地。所述性能参数的选择标准如下:插入损耗和回波损耗更小且无谐振现象。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果,而不是发明所有的全部效果,上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:
与现有技术相比,本发明通过将连接器中多余部分的管脚与焊盘进行等效为电感和电容,并在Hspice软件中进行性能分析,获得性能参数最优情况下的管脚与焊盘多余部分的长度,并按照此长度对管脚和焊盘进行截断,解决了现有连接器管脚和焊盘过长,影响信号质量的问题,减小信号传输中的损耗,提高信号质量,管脚的截断有助于减少材料的成本费用,焊盘的截断有助于产生更大的空间进行走线,方便设计。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种针对高速信号连接器优化分析方法流程图;
图2为本发明实施例中所提供的一种连接器外形示意图;
图3为本发明实施例中所提供的一种连接器管脚示意图;
图4为本发明实施例中所提供的一种不同管脚和焊盘长度下插入损耗对比图;
图5为本发明实施例中所提供的一种不同管脚和焊盘长度下回波损耗对比图;
图6为本发明实施例中所提供的一种针对高速信号连接器优化分析系统结构框图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意,在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种针对高速信号连接器优化分析方法与系统进行详细说明。
如图1所示,本发明实施例公开了一种针对高速信号连接器优化分析方法,包括以下步骤:
将连接器中管脚和焊盘的多余部分设置为不同长度;
将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;
分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;
选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
在连接器设计中,通常由塑料材质的连接插座和由高速线组成的小段电路板或者柔性电路板组成,如图2所示,在此连接器中左侧的插座可以插到背板或者其他板卡,右侧的连接电路板接头可以连接像信号线缆之类的外接器件。
传统高速连接器的管脚如图3所示,连接器多余部分管脚A和多余部分焊盘B由于长度过长,其多余部分在信号传输过程中会产生额外的电容和电感,从而影响高速信号的传输。
由于连接器传输的是高速信号,而高速信号的传输需要高速线,因此连接器的管脚以及连接器管脚的焊盘部分相当于高速线,而高速线的模型相当于电容和电感的组合。在高速线传输信号时就是以电磁波的形式进行传播。
将连接器中多余部分的管脚与焊盘设置为不同长度。
在Hspice软件中,将连接器的管脚等效为电感和电容,将管脚的剩余节段等效为电感L1和电容C1,将焊盘的剩余节段等效为电感L2和电容C2:
L1=4(0.01*D)/(d1/D+0.44),D为管脚直径,d1为为管脚多余部分长度;
L2=4(0.01*D)/(d2/D+0.44),D为管脚直径,d2为为焊盘多余部分长度;
C1=4ε/d1,ε为介质介电常数,d1为管脚多余部分长度;
C2=4ε/d2,ε为介质介电常数,d2为焊盘多余部分长度。
在Hspice软件中的相关参数设置为上述电感和电容大小,获得插入损耗以及回波损耗。
分别提取不同长度多余部分管脚与焊盘情况下的插入损耗和回波损耗参数,并进行比对。在本实施例中,对原始长度以及部分截断后的连接器进行性能分析,截断前和截断后的性能分析对比如图4和图5。
在管脚与焊盘的原始长度下,插入损耗会出现谐振现象,谐振会极大影响高速线中信号的传输质量,会在信号管脚之间形成来回反射,这种反射一方面不仅造成电磁信号的损耗,另一方面连续的反射会对信号波形形成震荡。而在将长度缩短后,谐振现象消失,表明就插入损耗参数而言,截断的连接器在信号传输质量方面有较大的提升。
而回波损耗在频率小于60GHz时,原始长度下的回波损耗与长度缩短后的回波损耗基本一致,但在频率超过60GHz时,长度缩短后的信号损失比原始长度下的信号损失要小。
由于管脚或者焊盘末端相当于开路,因此存在信号反射问题,验证发现,当多余部分在四分之一信号波长时会发生谐振现象,所述信号波长为信号周期与速率的乘积:L=T*V,式中T表示信号周期,V表示速率。剩余管脚和焊盘越小,对于高速信号的影响越小,且材料成本越低。
通过对管脚和焊盘不同长度下的连接器进行性能分析,选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
本发明实施例通过将连接器中多余部分的管脚与焊盘进行等效为电感和电容,并在Hspice软件中进行性能分析,获得性能参数最优情况下的管脚与焊盘多余部分的长度,并按照此长度对管脚和焊盘进行截断,解决了现有连接器管脚和焊盘过长,影响信号质量的问题,减小信号传输中的损耗,提高信号质量,管脚的截断有助于减少材料的成本费用,焊盘的截断有助于产生更大的空间进行走线,方便设计。
如图6所示,本发明实施例还公开了一种针对高速信号连接器优化分析系统,包括:
长度设置模块,用于将连接器中多余部分的管脚与焊盘设置为不同长度;
等效模块,用于将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;所述管脚和焊盘多余部分的电感与电容计算公式如下:
L1=4(0.01*D)/(d1/D+0.44),D为管脚直径,d1为为管脚多余部分长度;
L2=4(0.01*D)/(d2/D+0.44),D为管脚直径,d2为为焊盘多余部分长度;
C1=4ε/d1,ε为介质介电常数,d1为管脚多余部分长度;
C2=4ε/d2,ε为介质介电常数,d2为焊盘多余部分长度。
性能分析模块,用于分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;
所述性能参数包括插入损耗和回波损耗的大小以及是否有谐振现象。
截断长度确定模块,用于选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
所述性能参数的选择标准如下:插入损耗和回波损耗更小且无谐振现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对高速信号连接器优化分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
将连接器中管脚与焊盘的多余部分设置为不同长度;
将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;
分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;
选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
2.根据权利要求1所述的一种针对高速信号连接器优化分析方法,其特征在于,所述管脚和焊盘多余部分的电感与电容计算公式如下:
L1=4(0.01*D)/(d1/D+0.44),D为管脚直径,d1为为管脚多余部分长度;
L2=4(0.01*D)/(d2/D+0.44),D为管脚直径,d2为为焊盘多余部分长度;
C1=4ε/d1,ε为介质介电常数,d1为管脚多余部分长度;
C2=4ε/d2,ε为介质介电常数,d2为焊盘多余部分长度。
3.根据权利要求1所述的一种针对高速信号连接器优化分析方法,其特征在于,所述性能参数包括插入损耗和回波损耗的大小以及是否有谐振现象。
4.根据权利要求3所述的一种针对高速信号连接器优化分析方法,其特征在于,所述性能参数的选择标准如下:插入损耗和回波损耗更小且无谐振现象。
5.一种针对高速信号连接器优化分析系统,其特征在于,包括:
长度设置模块,用于将连接器中管脚与焊盘的多余部分设置为不同长度;
等效模块,用于将管脚与焊盘的多余部分等效为电感和电容;
性能分析模块,用于分别对不同长度多余部分管脚与焊盘的连接器进行性能分析,比对性能参数;
截断长度确定模块,用于选择性能参数最优的管脚和焊盘多余部分的长度,对管脚和焊盘进行截断。
6.根据权利要求5所述的一种针对高速信号连接器优化分析系统,其特征在于,所述管脚和焊盘多余部分的电感与电容计算公式如下:
L1=4(0.01*D)/(d1/D+0.44),D为管脚直径,d1为为管脚多余部分长度;
L2=4(0.01*D)/(d2/D+0.44),D为管脚直径,d2为为焊盘多余部分长度;
C1=4ε/d1,ε为介质介电常数,d1为管脚多余部分长度;
C2=4ε/d2,ε为介质介电常数,d2为焊盘多余部分长度。
7.根据权利要求5所述的一种针对高速信号连接器优化分析系统,其特征在于,所述性能参数包括插入损耗和回波损耗的大小以及是否有谐振现象。
8.根据权利要求7所述的一种针对高速信号连接器优化分析系统,其特征在于,所述性能参数的选择标准如下:插入损耗和回波损耗更小且无谐振现象。
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