CN113363742A - 具有改进的接线连接几何结构的连接器桨片卡 - Google Patents

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Abstract

设置有改进的接线连接几何结构的连接器桨片卡，其可减少阻抗失配。一个说明性实施例是印刷电路板，在至少一个表面上具有：沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于接触插座连接器中的导电体；平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接电缆(“外导线”)中的铠装线的暴露端；以及平行于第二边缘布置的内电极组，用于附接电缆(“内导线”)中的铠装线的暴露端，内组中的电极相对于外组中的电极交错排列。

Description

具有改进的接线连接几何结构的连接器桨片卡
背景技术
电气和电子工程师学会(IEEE)标准协会公布了以太网的IEEE标准，即IEEE Std802.3-2015，对于本应用所属领域的普通技术人员来说，该标准是熟悉的。该以太网标准提供了一种通用的媒体访问控制规范，用于具有各种信道信号星座的，在同轴电缆、双轴电缆、双绞线电缆、光缆和电气背板上以1Mb/s到100Gb/s的选定速度的局域网(LAN)运行。提供了各种标准电缆连接器和连接端口，包括例如QSFP-DD(“四倍小形状因子可插拔双密度”)连接器，其被设计成用于安放带有集成的收发器电子设备的小型印刷电路板。在这种情况下，印刷电路板通常被称为“桨片卡(paddle card)”。
“桨片卡”是行话短语。“卡”提示该板是较小的板(例如，子卡)，意在插入较大的板(例如，主板)中，通常带有可装入较大板上的相应插槽的边缘连接器。“桨片卡”是一种专用类型的子卡，起到适配器的作用，通常具有将来自边缘连接器的信号耦合到外部系统元件的最少数量的电子元件。更具体地，桨片卡可以接收并再驱动信号通过主板和外部元件之间，通常提供作为过程的一部分的协议转换。
当用作电缆连接器的一部分时，桨片卡与光纤、导电体或其他信号通信信道接口。例如，电缆中的信号线可以沿着卡的一个边缘焊接到端子上。然而，现有的卡采用信号线连接，其在考虑到最新版本的IEEE标准(50Gbaud及以上)的波特率下具有不良的大阻抗失配。
发明内容
因此，本文公开了具有改进的接线连接几何结构的连接器桨片卡，其可减少阻抗失配。还公开了使用这种桨片卡的电缆和制造这种桨片卡的方法。一个说明性实施例是印刷电路板，在至少一个表面上具有：沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于接触插座连接器中的导电体；平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接电缆(“外导线”)中的铠装线的暴露端；以及平行于第二边缘布置的内电极组，用于附接电缆(“内导线”)中铠装线的暴露端，内组中的电极相对于外组中的电极交错排列。
说明性电缆实施例包括在第一连接器和第二连接器之间延伸的铠装线，第一和第二连接器中的每一个包括如上所述的印刷电路板。
一种说明性电缆制造方法包括：提供第一和第二印刷电路板，各具有：沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于在印刷电路板插入匹配插座时接触导电体；平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接电缆中某些铠装线的未覆盖端；以及平行于第二边缘布置的内电极组，用于附接电缆中其他铠装线的未覆盖端，其中内组中的电极相对于外组中的电极交错排列。该方法还包括：将铠装线的未覆盖端焊接到内组和外组中的电极上；以及将第一和第二印刷电路板封装成适合于装入匹配插座的连接器。
前述实施例中的每一个可以单独地或结合地实现，并且可以以一个或多个下述特征的任何合适的组合来实现：1.内组和外组的每一个中的电极被隔开，使内导线通过外导线之间，同时保持与至少一个表面的接触。2.外导线各具有与暴露端毗连的具有给定厚度的外皮。3.所述印刷电路板包括沿着第二边缘和外电极组之间的每一个外导线外皮的路径的至少一个表面中的一个或多个凹部。4.一个或多个凹部各容纳多个外导线的外皮。5.每个外导线具有一个或多个凹部中的对应的一个。6.一个或多个凹部中的每一个都足够深，以容纳外皮的给定厚度，使得外导线的每一个暴露端接触外组中的电极，同时保持与至少一个表面平行。7.第二表面具有：平行于第二边缘布置的第二外电极组，用于附接铠装的外导线的暴露端；以及沿第二边缘和第二外电极组之间的每个铠装的外导线的外皮的路径延伸的第二表面中的一个或多个凹部。8.一种集成电路，其恢复和再调制通过边缘连接器印制线与内组和外组的电极之间的信号。
附图说明
图1是说明性有源以太网电缆(AEC)的透视图。
图2是说明性AEC的功能框图。
图3是具有不合需要的连接几何结构的第一桨片卡实施例的俯视图。
图4是示出第一实施例的尺寸参数的近摄侧视图。
图5是第一实施例的导线连接部的俯视图。
图6是第一实施例的导线连接部的剖面图。
图7是具有增强连接几何结构的导线连接部的俯视图。
图8是具有增强连接几何结构的导线连接部的剖面图。
图9是具有增强连接几何结构的导线连接部的等距视图。
图10是具有宽凹部的导线连接部的等距视图。
图11是阻抗对距集成电路的距离(延迟)的曲线图。
具体实施方式
尽管在附图和以下描述中给出了具体实施例，但请记住，它们并不限制本公开。相反，它们为普通技术人员提供了辨别包括在所附权利要求范围内的替代形式、等价物和修改的基础。
图1是说明性电缆的透视图，可用于在路由网络(例如用于数据中心、服务器场和互连交换的路由网络)中的设备之间提供高带宽通信链路。路由网络可以是例如因特网、广域网或局域网的一部分，或者可以包括例如因特网、广域网或局域网。连接的设备可以是计算机、交换机、路由器等。该电缆包括第一连接器100和第二连接器101，其通过一起封装在106缆绳中的导电体连接。导电体可以单独地和(可选地)共同地被屏蔽，具有接地导电外皮，比如同轴电缆或双轴电缆，以减少信号串扰。优选地以50GBaud或以上单端或差分信号驱动导电体。每个连接器100、101包括执行时钟和数据恢复(CDR)以及数据流的再调制的电动收发器，以下称为数据恢复和再调制(DRR)设备。
图2是图1的说明性电缆的功能框图。连接器100包括插头200，其适于装入第一主机设备中的符合标准的以太网端口，以接收来自主机设备的携带出站数据流的电输入信号，并向主机设备提供携带入站数据流的电输出信号。类似地，连接器101包括适合装入第二主机设备的以太网端口的插头201。连接器100包括第一DRR设备202，以执行在连接器100处进入和离开电缆的数据流的CDR和再调制，并且连接器101包括第二DRR设备204，以执行在连接器101处进入和离开电缆的数据流的CDR和再调制。DRR设备202、204可以是安装在印刷电路板上的集成电路，并且通过电路板印制线连接到边缘连接器印制线(用于与主机设备接口)和焊盘(用于附接到电缆线)。导电体106和屏蔽物可以被焊接到与DRR设备电连接的印刷电路板上的相应焊盘上。
在至少一些考虑的实施例中，每个印刷电路板还支持微控制器单元(MCU)206。每个DRR设备202、204耦合到各自的MCU设备206，其通过第一双线总线配置DRR设备的运行。接通电源时，MCU设备206将均衡参数从闪存207加载到DRR设备的配置寄存器208中。主机设备可以经由根据I2C总线协议和/或更快的MDIO协议运行的第二双线总线来访问MCU设备206。通过对MCU设备206的这种访问，主机设备可以调整电缆的运行参数并监视电缆的性能。
每个DRR设备202、204包括用于与主机设备通信的发射器和接收器的组220，以及用于经由延续电缆的长度的导体对进行发送和接收的发射器和接收器的组222。所说明的电缆支持八个双向通信信道LN0-LN7，每个双向信道由成对的单向连接形成。单向连接可以提供单端信令或差分对信令，并且DRR设备可以在两者之间转换。在一些实施例中，DRR设备进一步在PAM4和NRZ信令之间转换。收发器可选地包括存储器224，以在发射器和接收器组220、222之间提供先进先出(FIFO)缓冲。嵌入式控制器228通过例如设置初始均衡参数和确保在使发射器和接收器进入数据传输阶段之前在所有信道和链路上完成训练阶段，来协调发射器和接收器的运行。嵌入式控制器228使用一组寄存器208来接收命令和参数值，并提供可能包括状态信息和性能数据的响应。
图3是桨片卡300的第一实施例的俯视图。桨片卡300是具有通过中间部302耦合在一起的边缘连接部301和接线附接部303的印刷电路板，中间部具有可选的电子元件(例如集成电路DRR设备310)，用于接收和再驱动每个方向中的信号，同时可选地提供协议和信号格式转换。
边缘连接部301具有沿着卡的左边缘的印刷电路印制线，当左边缘位于边缘连接器插座内时，这些印刷电路印制线被暴露，用于电接触导体。通常，印制线的暴露表面镀有铜或金的硬质合金，以抵抗磨损和腐蚀，从而使印制线能够提供与插座连接器中的相应导电体的可靠的耦合。边缘连接器印制线通常有金色，有时使得边缘连接部被称为“金手指”。
与传统印刷电路板一样，中间部302包括用于将集成电路(例如DRR设备310)的引线或球栅阵列和其他支持电子元件附接到板上的图案化印制线的焊盘。印刷电路板可以具有多层，具有通过导电通孔提供的不同层的印制线之间的连接。软件可供用于自动放置元件和路由印制线，以将它们连接在一起，并连接到边缘连接器印制线和接线连接电极。
接线连接部303具有用于固定附接到电缆主体中的导电体的电极布置。如所示，导电体被封装为双轴导线，每根导线都有一对铠装导体由导电屏蔽物(通常伴随有屏蔽导体以减少屏蔽阻抗)和外皮包裹。当给定的双轴导线的端部被剥离以露出铠装的导体的端部时，每个导体(包括屏蔽导体)的暴露端与相应的电极对准并被焊接到位。
所示的电极以形成内电极组306和外电极组308的两列，平行于桨片卡300的右边缘布置。(术语“内”和“外”仅用于指示电极相对于桨片卡边缘的位置。在引用附接到内电极或外电极的导线时，也使用这些术语，指示它们的附接点，除本文明确说明外，没有任何其他关于导线位置的意义。)修剪内导线的其中之一，使其中一根外导线的附接配置可见。
图4示出了用焊料或另一种形式的导电粘合剂附接到电极406的内导线412的暴露端401的近景，以及类似地附接到电极408的外导体420的暴露端403。虽然连接几何结构可以是复杂的，但影响连接阻抗的两个几何参数是暴露端长度L(如弯曲前测量的)和“回路高度”H(暴露端离开PCB表面上方的外皮的高度)。因此，图4示出了Li和Hi，即内导线连接的几何参数，以及Lo和Ho，即外导线连接的几何参数。
请注意，在图3中，内和外电极组相互对齐，迫使内导线通过外导线之上，如图4所示。考虑到连接器空间限制和其他考虑因素(例如易于制造和导线长度的均匀性)，这种布置增加了内导线连接的回路高度，并且可能需要增加暴露端的长度。即使外导线连接(由于外皮厚度)具有非零回路高度，并且可能具有比需要的暴露端长度长的长度。这些因素导致导线连接具有不合需要的阻抗间断性，从而导致接收信号中的信号衰减(并可能产生信号回波)。
图5是第一实施例的导线连接部303的俯视图，示出了对齐的内电极组306和外电极组308。两个内导线410、412示出为具有附接到相应的内电极的信号导体，以及两根外导线420、422示出为具有附接到相应的外电极的信号导体。(为清楚起见，省略了屏蔽导体。)
图6是第一实施例的导线连接部303的剖面图，示出附接到顶面上的电极的内导线412和外导线420。任选地，导线连接部提供在底面上的电极，用于附接到另一组内和外导线，包括内导线612和外导线620。桨片卡优选地包括接地平面600，其在所述导线连接部303的相对表面上的附接电极之间延伸。
与前面所示和所描述的接线连接部相比，图7-9示出了接线连接部703，其提供具有增强的连接几何结构的桨片卡，以减小回路高度并使暴露端长度能够减小。
图7是具有相互错开的内电极组706和外电极组708的导线连接部703的俯视图。外导线718、720被间隔得足够开，使得通过交错定位，内导线710、712能够在外导线之间通过，并且保持与PCB表面平行，而不是被迫通过外导线上方。还显示了可选的凹部730，以容纳外部导体的外皮。
图8是导线连接部703的剖面图，示出了其暴露端801附接到内电极的内导线712以及其暴露端803附接到外电极的外导线720。值得注意地，内导线712在外导线730之后通过而不是如图6所示的之上。理想地，内导线保持与PCB表面接触，尽管可能需要一些小的间距来容纳外导线接地导体的连接(见图3)。图8还示出用于导线连接部的底面的可选附接物。
导线连接部303具有可选的表面凹部730，其沿着外导线的路径从桨片卡的边缘向外部电极延伸，以容纳外导线的外皮，使暴露端803附接到外电极，同时保持与导线连接部303的上表面平行。虽然表面凹部730优选地具有至少等于外皮厚度的深度，但相对于图6的几何结构即使减小的深度也将减小环路高度H。在一些考虑到的实施例中，接线外皮厚度可以使得在给定的PCB制造过程中可以实现的凹部深度不能完全容纳外皮厚度。即使这种容纳是可能的，也可能有其他考虑因素(例如阻抗的导数，或总反射能量)要求部分容纳外皮厚度。因此，通过仿真和实验可以确定和优化首选的凹部深度。
图9是示出每根外导线的凹部730的导线连接部703的等距视图。凹部730显示为矩形，但也考虑了适合容纳外导线外皮的圆柱形凹面或其他形状。在一些实施例中，凹部730如图10所示被加宽，使得每个凹部可以容纳来自多个外导线的外皮。如果需要，凹部可以延伸横穿桨片卡的整个宽度，以提供紧接外电极组的阶梯形轮廓。
图11是从外导线的电缆侧测量的阻抗量值对距离(以传播延迟为单位)的曲线图。阻抗开始恒定，但在信号离开外皮并沿着导线的暴露端向焊料连接处传播的地方增加。然后，阻抗在信号穿过焊料连接处微降，在信号穿过通孔处呈现较小的峰值，并在信号沿印刷电路印制线传播处返回到恒定值。在原始几何结构(例如图6)中，阻抗从102欧姆上升到118欧姆(16欧姆峰值)，而在增强几何结构中，阻抗仅上升到正好110欧姆(＜8欧姆峰值)之下，峰值大小减小50％。峰宽也从约35ps缩小到约28ps，减小了20％。
因此，为了制造具有改进性能的电缆，制造系统可以获得第一和第二印刷电路板，各板具有：沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于在印刷电路板插入匹配的插座时接触导电体；平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接电缆中某些铠装线的未覆盖端；以及平行于第二边缘布置的内电极组，用于附接电缆中其他铠装线的未覆盖端，其中内组中的电极相对于外组中的电极交错排列。在将第一和第二印刷电路板封装成适合于装入符合标准的插座之前，系统将电缆导线的端部拔出，并将暴露端焊接到内组和外组中的电极上。在处理的早期阶段，系统可以为第一和第二印刷电路板配备集成电路，该集成电路恢复并再调制通过边缘连接器印制线与内组和外组的电极之间的信号。
一旦充分领会上述公开，许多替代形式、等效物和修改对本领域技术人员将是显而易见的。所以，意图是将权利要求解释为包括在所附权利要求的范围内包含的所有此类替代形式、等效物和修改。

Claims (20)

1.一种印刷电路板，包括至少一个表面，其具有：
沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于接触插座连接器中的导电体；
平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接电缆(“外导线”)中的铠装线的暴露端；以及
平行于所述第二边缘布置的内电极组，用于附接电缆(“内导线”)中的铠装线的暴露端，
内组中的电极相对于外组中的电极错开排列。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，内组和外组的每一个中的电极被隔开，使内导线能够在外导线之间通过，同时保持与所述至少一个表面的接触。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述外导线各具有与所述暴露端毗连的具有给定厚度的外皮，以及其中所述印刷电路板还包括沿所述第二边缘和所述外电极组之间的每一个外导线外皮的路径在所述至少一个表面中的一个或多个凹部。
4.根据权利要求3所述的印刷电路板，其中所述一个或多个凹部各容纳多个外导线的外皮。
5.根据权利要求3所述的印刷电路板，其中每个外导线具有一个或多个凹部中的对应的一个。
6.根据权利要求3所述的印刷电路板，其中所述一个或多个凹部中的每一个足够深以容纳所述外皮的给定厚度，使得所述外导线的每一个暴露端能够接触所述外组中的电极，同时保持与所述至少一个表面平行。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板，还包括第二表面，其具有：
平行于所述第二边缘布置的第二外电极组，用于附接铠装的外导线的暴露端；以及
第二表面中的一个或多个凹部，沿着所述第二边缘和所述第二外电极组之间的每一个铠装的外导线的外皮的路径延伸。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板，还包括集成电路，该集成电路恢复并再调制通过所述边缘连接器印制线与内组和外组的电极之间的信号。
9.一种电缆，其包括：
在第一连接器和第二连接器之间延伸的铠装线，
所述第一连接器和所述第二连接器中的每一个包括具有至少一个表面的印刷电路板，其具有：
沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于在所述连接器插入插座时接触导电体；
平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接一些铠装线的未覆盖端；以及
平行于第二边缘布置的内电极组，用于附接其他铠装线的未覆盖端，
内组中的电极相对于外组中的电极错开排列。
10.根据权利要求9所述的电缆，其中内组和外组的每一个中的电极被隔开，使得附接到所述内组的铠装线能够在通过附接到所述外组的铠装线之间时保持与所述至少一个表面的接触。
11.根据权利要求9所述的电缆，其中每个印刷电路板还包括在所述第二边缘和所述外电极组之间的至少一个表面中的一个或多个凹部，以容纳附接到所述外电极组的铠装线的外皮。
12.根据权利要求11所述的电缆，其中所述一个或多个凹部各容纳多个铠装线的外皮。
13.根据权利要求11所述的电缆，其中附接到所述外电极组的每个铠装线都有一个或多个凹部中的对应的一个。
14.根据权利要求11所述的电缆，其中所述一个或多个凹部中的每一个足够深以容纳所述未覆盖端附近的外皮的全厚度，使得附接到所述外电极组的导线的每个未覆盖端能够接触那些电极，同时保持与所述至少一个表面平行。
15.根据权利要求9所述的电缆，还包括集成电路，该集成电路恢复并再调制通过所述边缘连接器印制线与所述内组和所述外组的电极之间的信号。
16.一种电缆制造方法，包括：
提供第一和第二印刷电路板，各具有：
沿第一边缘布置的边缘连接器印制线，用于在所述印刷电路板插入匹配的插座时接触导电体；
平行于第二边缘布置的外电极组，用于附接电缆中某些铠装线的未覆盖端；以及
平行于第二边缘布置的内电极组，用于附接电缆中其他铠装线的未覆盖端，其中内组中的电极相对于外组中的电极交错排列；
将所述铠装线的未覆盖端焊接到所述内组和所述外组中的电极上；以及
将所述第一和第二印刷电路板封装成适于装入插座的连接器。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括为所述第一和第二印刷电路板中的每一个配备集成电路，该集成电路恢复并再调制通过所述边缘连接器印制线与所述内组和所述外组的电极之间的信号。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述内组和所述外组的每一个中的电极被隔开，使得附接到所述内组的铠装线能够在通过附接到所述外组的铠装线之间时与所述至少一个表面保持接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中每个印刷电路板还包括在所述第二边缘与所述外电极组之间的至少一个表面中的一个或多个凹部，以容纳附接到所述外电极组的铠装线的外皮，每一个凹部都足够深以容纳所述未覆盖端附近的所述外皮的全厚度。
20.据权利要求19所述的方法，其中附接到所述外电极组的每个铠装线都具有所述一个或多个凹部中的对应的一个。
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