Multipin-Steckverbinder bieten ein flexibles Layout zur Unterstützung einer hohen Signalintegrität

Wir wissen sehr wohl, dass die Datenraten mit jeder Iteration elektronischer Systemarchitekturen steigen, wobei schnellere Takt- und Multibit-pro-Takt-Modulationstechniken neben Strombussen in immer höherer Dichte arbeiten. Bei der Verwaltung von Schaltkreisverbindungen in dieser Umgebung müssen wir hart arbeiten, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten, Übertragungsverluste zu minimieren, die Anfälligkeit für Rauschen, Reflexionen und Übersprechen zu verringern und die Anforderungen an die Bitfehlerrate (BER) von modernen Datenbussen zu erfüllen.

Ein kritischer Bereich, der für viele von Interesse ist, sind mehrpolige Steckverbinder, die im Mittelpunkt von Verbesserungen der Signalintegrität stehen. Hohe Pinzahlen, die Differenzsignale, referenzbezogene Signale und Stromversorgung kombinieren, erfordern ein sorgfältiges Layout und erhebliche Flexibilität. Darüber hinaus müssen die Steckverbinderkontakte so gestaltet sein, dass sie mit hohen Datenübertragungsraten kompatibel sind und eine lange Kontaktlebensdauer aufweisen.

Samtec, ein Hersteller einer breiten Palette elektronischer Verbindungslösungen, hat seine Produktpalette an hochdichten HD-Array-Steckverbindern der Serie AcceleRate (Abbildung 1) erweitert, um diese zahlreichen Herausforderungen zu bewältigen.

Abbildung 1: Abgebildet ist ein Paar von HD-Steckverbindern der Serie AcceleRate mit offenem Pinfeld, die für Highspeed-Anwendungen und Anwendungen mit vielen Steckzyklen entwickelt wurden. (Bildquelle: Samtec)

Diese Steckverbinderfamilie ist extrem dicht, mehrreihig und zeichnet sich durch ein kompaktes Rastermaß von nur 0,635 mm (0,025 Zoll) und eine Breite von 5 mm (0,197 Zoll) aus. Die Edge-Rate-Kontakte der Steckverbinder bieten eine hohe Signalintegrität mit geringen Einfügungsdämpfungen für Busgeschwindigkeiten von 64 bis 112 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) und eine hohe Lebensdauer der Steckverbinder.

Die AcceleRate-HD-Arrays sind mit Kontaktzahlen von 10 bis 100 erhältlich, in Schritten von 10 pro Reihe. Bei bis zu vier Reihen reicht die Gesamtzahl der Kontakte von 40 bis 400.

Ein Beispiel für ein passendes Paar von 400-Positionen-Arrays sind der Stecker ADM6-100-08.5-L-4-0-A-TR und die ADF6-100-07.5-L-4-0-A-TR, als zugehörige Buchse. Diese Steckverbinder sind für die Oberflächenmontage auf gedruckten Schaltungen (Platinen) vorgesehen. Mezzanine-Anwendungen, bei denen eine Tochterplatine oberhalb der Leiterplatte eingesteckt wird, werden mit Leiterbahntypen unterstützt, die Steckhöhen von 5, 7, 9, 10, 11, 12, 14 und 16 mm (0,197, 0,276, 0,354, 0,394, 0,433, 0,472, 0,551, 0,630 Zoll) unterstützen, um die erforderlichen Abstände einzuhalten.

Die Vorteile eines offenen Pinfeldes

Die Leistungsfähigkeit der Kontakte eines Steckverbinders wird nur zum Teil durch seine Konstruktion bestimmt. Die physische Anordnung der Kontakte sowie ihre Position im Verhältnis zu anderen Kontakten spielen ebenfalls eine Rolle. Ein Beispiel für diese Art von Wechselwirkung ist die Verwendung von Pins mit großem Querschnitt, die für die Stromversorgung vorgesehen sind; hohe Ströme erfordern größere Durchmesser, wodurch sich die Abstände zwischen den Kontakten verringern und die maximal verwendbare Spannung begrenzt wird. Eine Alternative ist die Verwendung eines offenen Pinfeldes, bei dem jede Stiftposition verfügbar ist und keine vordefinierte Funktion hat (Abbildung 2). Das offene Pinfeld bietet maximale Flexibilität bei der Erdung und beim Routing, da es die Verwendung von Differenzsignalen, referenzbezogenen Signalen und Stromversorgung über dieselbe Verbindung ermöglicht.

Abbildung 2: Die Pinpositionen in einem Steckverbinder mit offenem Pinfeld sind alle unabhängig und können während des Entwurfsprozesses nach Bedarf zugewiesen werden. (Bildquelle: Samtec)

Die Pinbelegung kann variieren; Differenzsignale können benachbarte Pins für gepaarte Verbindungen verwenden, wobei die dazwischen liegenden Pins offen bleiben, um eine Isolierung zwischen den Leitern zu gewährleisten, wie in grün dargestellt. Referenzbezogene Leitungen können separaten Pins zugewiesen werden, mit oder ohne zwischengeschaltete Isolationspins, wie in blau dargestellt. Stromversorgungsanschlüsse, die einen größeren Leiterdurchmesser erfordern, können durch Parallelschaltung mehrerer Stifte hergestellt werden, wie in rot dargestellt.

Edge-Rate-Kontaktdesign

Die AcceleRate-HD-Steckverbinder von Samtec, einschließlich des ADM6-100-08.5-L-4-0-A-TR und des ADF6-100-07.5-L-4-0-A-TR, bieten nicht nur eine hohe Signaldichte und mechanische Flexibilität, sondern auch eine verbesserte Signalintegrität, die Datenraten bis zu 64 Gbit/s PAM4 (PCIe® 6.0/CXL® 3.2) unterstützt. PAM4 ist ein anspruchsvolles Signal, da es vier Spannungspegel anstelle der zwei bei der älteren NRZ-Signalisierung (Non-Return-to-Zero) verwendeten verwendet. Dadurch werden die Änderungen der Signalamplitude um ein Drittel reduziert, was das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu einer größeren Herausforderung macht.

Samtec stellt sich dieser Herausforderung, indem das Unternehmen mit seinem fortschrittlichen Edge-Rate-Kontaktsystem (Abbildung 3) eine hohe Signalintegrität bietet. Dieses System zeichnet sich durch gefräste Kontaktflächen aus, was zu einer reibungslosen Verbindung, geringerem Verschleiß und höherer Zähigkeit bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung führt.

Abbildung 3: Die Kontaktflächen der Edge Rate-Kontaktstifte sind gefräst, um den Verschleiß zu verringern und widerstandsarme Verbindungen zu gewährleisten. (Bildquelle: Samtec, kommentiert vom Autor)

Die AcceleRate-HD-Steckverbinder sind mit einer Gold-über-Nickel-Beschichtung auf Kupferbasis erhältlich. Die Kontaktgeometrie der Edge-Rate-Verbinder ist für 50- und 100-Ohm-Verbindungen ausgelegt. Breitseitenkopplung und Übersprechen werden minimiert, indem die dünnen Schnittkanten der Kontakte so ausgerichtet werden, dass sie einander gegenüberliegen.

Fazit

Die HD-Steckverbinder der Serie AcceleRate von Samtec bieten eine robuste Unterstützung bei der Bewältigung der Herausforderungen in Bezug auf Stromversorgung und Highspeed-Signalübertragung in kompakten Formfaktoren. Sie sind so konstruiert und gefertigt, dass sie Hunderte von I/Os auf kleinstem Raum verarbeiten können, ohne die Signalintegrität zu beeinträchtigen.