阻抗匹配对高速连接器信号完整性的影响.doc

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1、阻抗匹配对高速连接器信号完整性的影响赵明敏(中国电力科学研究院，北京市海淀区100192）Theeffectofimpedancematchingtohigh-speedconnector’ssignalintegrityMing.Min.ZHAO(ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192）摘要：过去10年间频率/传送的速度从0.1Gbps增长到目前已超过10Gbps的速度并正向更高速发展。因此，在高速连接器应用设计中，连接器的阻抗匹配、串音、传播延迟以及走线形

2、状都是要考虑的重要因素。其中，阻抗匹配又是解决信号完整性问题的前提，本文通过理论计算和软件仿真两种方法分析得出了高速连接器中阻抗匹配的规律，从而有效的解决了由阻抗不匹配导致的信号完整性问题。关键词：高速连接器阻抗匹配信号完整性Abstract:Overthepast10years,thefrequency/transmissionspeedhasgrownfrom0.1Gbpsto10Gbpsandthepaceismorerapiddeveloping.Thus,inthedesignofhigh-speedconn

3、ectorapplications,theimpedancematching,crosstalk,propagatingdelayandalignmentshapeofconnectorareimportantfactorstobeconsidered.Theimpedancematchingistheprerequisiteforsolvingthesignalintegrity,thispaperproducestheimpedancematchingruleofhigh-speedconnectorthrough

4、theoreticalcalculationandsoftwaresimulation,therebyeffectivelyresolvingtheproblemofsignalintegritywhichimpedancemismatchingleadsto.Keywords:high-speedconnector;impedancematching;signalintegrity1引言随着智能电网的高速发展，电力系统对自动控制、继电保护、通信等方面的性能要求越来越高，对其所使用的电子元器件的要求也越来越严格。目前电

5、力电子设备的信号频率也在不断的提高，这就不可避免的给设备带来串扰、反射、衰减、阻抗不匹配等信号完整性问题[1]。而在电力电子系统中，连接器是器件与组件、组件与组件、子系统之间形成电气连接，构成一个完整系统的必需元件。连接器的性能、可靠性则直接影响到电子设备的性能及可靠性。连接器的好坏起着决定性的作用，因此需要改进连接器技术来提高系统的信号完整性和[2-8]电磁兼容。目前，各种控制电路及通信设备日益轻、薄、短、小，高速电子连接器内部的传输线和端子越来越细密，使得高频的问题更加严重，例如：匹配阻抗。由于在连接器内部存在走线

6、形状的变化，导致传输线阻抗不均匀，所以阻抗的匹配是设计连接器的前提。本文利用共面波导理论和二维场求解器分析计算了变截面传输线的阻抗，找出了阻抗变化的规律，解决了连接器内部传输线的阻抗匹配问题。2问题描述所谓阻抗匹配是指让信号传输的环境相同，这样就不会有反射的出现。电阻是针对集总元件定义的，是实数，只会造成信号的衰减；阻抗是针对分布元件所定义的，是复数，因为在高频时相对应的波长短，波长和元件尺寸可比拟。假如连接器所处的系统为100ohm，连接器的传输线及接触端子都为100ohm时，则是阻抗匹配；若不是100ohm时，则阻

7、抗不匹配，会造成信号传输到连接器时产生反射，导致信号的衰减。引起连接器阻抗变化的原因主要有三部分：传输线形状、传输介质和接触处形状。如下图所示的三个模型：图1传输线形状图2传输介质图3接触处形状上图中红色代表信号线，G代表地线，S+和S-为差分信号对，深蓝色代表起支撑作用的传输介质，绿色代表接触处底座的插孔。G、S+、S-和G四条传输线是连接器中最基本的传输单元，研究连接器可以从此基本单元入手。依据共面波导的理论，G、S+、S-和G四条传输线视为一组类共面波导。连接器主要的功能就是传输信号，并保持信号的完整性，所以连接

8、器造成信号的反射越少越好。高速连接器的规范中所定义的阻抗值都有一个范围，例如某型号连接器其阻抗的定义范围是在上升时间150ps下测量，其值必须为100正负15ohm之内，则符合规范定义的值。因为高速连接器内部传输线结构较复杂，并不是处处均匀一致，有弯角、倒刺和宽度的改变，都会造成阻抗的不一致，所以规范都会定义阻抗值在一个范围内。3