差分电连接器原理及结构设计.pdf

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1、第5期2013年10月机电元件ELECTROM匮CHANICALCO—n，0NENTSVoL33No．5OcL2013差分电连接器原理及结构设计田蔚(贵州航天电器股份有限公司贵州贵阳550009)摘要：差分信号具有抗干扰能力强、能有效抑制EMI且时序定位精确的优点，在高速通信网络中的到广泛应用。为保证差分信号的正常传输，差分连接器内部尺寸设计的特性阻抗、损耗、反射和分布电容应接近于系统要求的阻抗且串扰低。设计的差分连接器实验证明其串扰低，抗干扰能力强，误码率低且阻抗与系统匹配，满足高速差分信号传输的要求。关键词i差分信号；特性阻抗；误码率；串扰Do

2、i：10．3969／j．issn．1000—6133．2013．05．001中图分类号：TN784文献标识码：A文章编号：1000—6133(2013)05—0003—061引言近年来，由于信息流量的不断增加，电信网络由此而获得极快速的发展和改进。用户要求更加舒适、更加方便的使用电信，制定出高传输速度信号网络标准。无论在机载网络中、通信网络、工业网络中还是在军事网络中，对高速传输的需求越来越迫切，而系统的传输速度往往受到对外接口(连接器)的制约，因此提高连接器的传输速度，对高速系统性能提升起着举足轻重的作用。在高速领域，由于差分信号自身的优势在各个

3、高速系统中得到了广泛的应用，而差分连接器也孕育而生。咚●-鏊图1差分连接器应用领域近几年来，国内外对高速传输的迫切需求，差分连接器需求迅速增长。高速传输涉及诸多领域，差分连接器在航空、航天、通信、工业等军民用领域收稿日期：2013—07—16应用前景非常广泛，有明显的社会效益和经济效益。此次设计的差分连接器抗干扰能力强、能有效抑制EMI且时序定位精确，且满足Ethernet1000MBase—T、DVl2．0等技术传输协议。2差分信号传输技术原理2．1差分信号传输原理差分信号一般用一对标识为V+和V一的导线来表示信号，当V+大于V一时，信号定义成正

4、极信号，当V+小于V一时，信号定义成负极信号，如图2中的上排差分信号等同于图下排的单端信号。当不采用单端信号而采取差分信号方案时，用一对导线来替代单根导线，虽然增加了相关接口电路的复杂性，但由于差分信号有抗干扰强和有效抑制EMI等众多优点，所以得到了越来越多的应用。V+signalV—TⅥ。．。V图2差分信号R。E。“％矽§庐一。4机电元件2013焦2．2差分信号特点a)抗干扰能力强，因为两根差分信号走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而信号接收端关心的只是两信号的差值。所以，外界的共模噪声可以被完全抵消。b)能有

5、效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，它们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。c)时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路，能很容易地识别小信号。2．3典型差分信号目前，应用较为广泛的差分信号为低电压差分信号LVDS，这种信号支持的传输速率一般在155Mbps(大约为77MHz)以上。LVDS是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百M

6、bps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。Driver图3LVDS基本电路示意图3差分连接器设计技术3．1技术研究为保证差分信号的正常传输，人们发明了差分互联装置，差分信号互联装置包括了差分连接器、联接线(电缆或PCB走线)和终端匹配电阻。按照IEEE相关标准的规定，差分互联装置的阻抗为100Q，通常选择为10011和1201q。3．2差分连接器关键技术a)差分信号以其独特的抗干扰性能，已成为高速数据传输的首选，为将高速差分信号运用到连接器中，采用传输的双绞线结构进行差分连接器内部尺寸设计。使其特性阻抗接近系统的阻抗值。其中的

7、特性阻抗是与高速数据系统所有性能特征(包括损耗、反射、分布电容)相互关联的主要参数，连接器的特性阻抗越接近于系统要求的阻抗值、各信号之间由于互感引起的串扰越小，则各项传输性能越好，越容易获得较高的传输速率。TTII＼I)、r

8、II”N’-二吣窃⋯⋯⋯-_．卜l⋯⋯⋯⋯⋯-◆I⋯⋯⋯⋯◆差分发送器互联器差分接收器图4差分信号互联装置图5差分传输信号b)由于差分接触件一四同轴接触件内部包含2对差分信号，在传输时会带来一定的串扰，同样需要反复测试、改进和对相关尺寸进行优化来减小串扰问题。利用全套TDR时域测试系统，可以进行连接器差分阻抗、插入损耗、反射、

9、串扰、传输时延等高速数据传输性能参数，并可通过内置的Iconnect软件将各参数进行综合，形成眼图，全面衡量产品的高速传输