基于背板的高速连接器应用研究

朱 晟，卢从明，李 卓，朱淇锐

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

0 引 言

随着通信系统中的电子设备越来越多，系统组成越来越复杂，通信使用的频段越来越高，对系统硬件性能提出的要求也越来越高。背板作为高速互连系统中的重要部件，其性能的优劣直接关乎整个系统能否正常工作，而高速连接器又是整个背板乃至互连系统的核心枢纽，成为提高系统传输速率的瓶颈。因此，研究满足高频点且高速率传输的连接器是提升系统高速互连的主要手段，也是解决信息化系统高速互连问题的关键技术[1]。

本文根据实际项目需求对高速背板连接器的应用开展研究，系统全面分析其模拟及数字通信性能，为后续工程应用提供指导意义。

1 高速背板连接器

高速背板连接器对多个板卡间的通信起着重要的作用，是整个互连通信系统的关键枢纽中心。它主要包括插头和插座两个部分，其中插头由插针接触件、介质基座以及PCB晶片组成，插座由插针接触件和介质基座两部分组成。一般情况下，高速连接器采用单端和差分两种传输形式。由于差分传输具有功耗低、抗干扰性强以及传输距离远等优点，因此多采用此形式进行信号传输[2]。

本文研究的高速背板连接器为GFII高速背板连接器，数据传输速率≤5 Gb/s，差分阻抗为（100±15）Ω，单端阻抗为（50±10）Ω，传输损耗＞1 dB，隔离度＞40 dB。该高速背板连接器由插头、插座、压接接触端子以及PCB晶片组成，采用差分传输线进行信号传输，插头采用压配免焊的端接方式，每一对差分信号有对应的接地片提供回路，适用温度为-55～125 ℃。图1为GFII高速背板连接器的三维图。

图1 GFII高速连接器三维图

2 连接器应用研究分析

2.1 平台搭建

对于高速背板连接器的研究必须制作专门的测试板。将连接器安装在测试板上，由于连接器采用差分传输的方式，因此采用巴伦实现差分信号与单端信号的转换，同时为了匹配测试设备的射频电缆，需在测试板上安装高性能的SMA射频连接器。GFII高速背板连接器实际测试模型如图2所示。通过研究连接器的频域（传输损耗、隔离度、EVM）和数据域（误码率）等指标，分析其能否满足高速通信系统的要求[3]。本文采用矢量网络分析仪、频谱仪以及信号源等设备对连接器进行测试。

图2 GFII高速连接器实际测试模型图

2.2 传输损耗

高速互联系统中高速信号的传输会带来更明显的传输线损耗，从而改变接收端信号的幅值和波形。使得边沿较陡信号接收端的边沿变缓，导致附件干扰及眼图张开程度降低[4]。高速信号传播过程中发生的传播损耗主要包括导体损耗、介质损耗以及辐射损耗等，测试频率范围为950 MHz～2.2 GHz，任意抽取不同的差分对进行测量，结果表明信号传输损耗为0.76～0.83 dB。实际测试的传输损耗曲线如图3所示。

图3 实际测试的传输损耗曲线

2.3 隔离度

隔离度和串扰从不同的角度表征信号泄露的程度，引发信号串扰的主要原因为互连线间的耦合电感及耦合电容，其产生的电压干扰会影响相邻互连线[5]。测试频率范围为950 MHz～2.2 GHz，任意抽取不同的差分对进行测量，隔离度为40.5～43.1 dB。实际测试的各通道隔离曲线如图4所示。

图4 实际测试的各通道隔离曲线图

2.4 EVM性能

误差向量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）表示在给定时刻理想无误差基准信号与实际信号的向量差，能全面衡量调制信号的质量。影响EVM的因素包括群时延、波动以及平坦度等[6-10]。测试频率范围为950 MHz～2.15 GHz，任意抽取不同的差分对进行测量，同时系统加载高斯白噪声采取不同的符号率分别进行测试。实际测试的EVM性能曲线如图5所示。

图5 实际测试的EVM性能曲线图

2.5 高速数字信号传输性能

高速数字信号传输性能的研究即在模拟射频信号进行通信的时候，通过千兆网口传输数字信号，验证模拟与数字信号的传输性能及可靠性。结果表明，该环境下射频信号传输不受数字信号的影响，数字信号传输速率可达800 Mb/s以上，且不受射频信号影响。图6为实际网口ping数据包的测试图。

图6 实际网口ping数据包的测试图

3 结 论

通信系统性能的提升及使用频率的提高对连接器的性能提出了更高的要求，本文对基于背板的高速连接器进行应用研究。通过分析连接器的EVM、驻波、传输损耗以及串扰等性能指标，解决了基于背板进行高速传输连接器的应用，为高速背板连接器的工程应用提供了理论依据，连接器可满足高速背板的实际使用要求。