電子機器は常に縮小しつつあり データ伝送速度は常に増加していますデータ転送速度を維持しながら,より小さなスペースにより多くの回路を統合できる必要があります設計者は,電磁気干渉 (EMI) をできるだけ最小限に抑えるために,空気冷却と物理的隔離の問題も考慮する必要があります.
プリント回路板 (PC板) を積み重ねることは,回路密度を増加させる一般的な方法である.子板とサンドイッチ子板を使用することで,より多くの回路板スペースを得ることができます.冷却と信号隔離路を建設する際に.
この 記事 で は,高速 回路 設計 者 が 直面 する 課題 を 簡潔 に 紹介 し て い ます.信頼性の高い信号接続を達成し,同時に信号の整合性を維持するためにこれらのコネクタを使用する方法を説明.
サンドウィッチパネル
サンドイッチパネルのレイアウトは,垂直に積み重ねられた2つの並列回路板で構成され,ボードとボードのコネクタを通じて電気的に接続されています (図1,左).
複数列のサンドイッチ式回路板
図 1:左側の図は,複数のサンドイッチマウント印刷回路板 (PCB) の例を示しています.右側の図は,サブボードの設置方法を示しています.コネクタを介して設置できる(画像源:Würth Elektronik) 表面マウント技術やスローリングされた隔離柱.
2つの回路板からなるこのボード対回路の配置は回路により多くの物理空間をもたらします.この構造は,体積効率を向上させ,互換性を達成するために使用できます.空気の流れを改善し,EMIを減らすために物理的隔離を形成板から板へのコネクタは,ケーブルを使用することなく,直接回路板に接続されます.サンドイッチパネルコネクタは,決定されたボード間隔で複数のスタッキング高度を達成できます.上部回路ボードは,接続によって支えられ固定することができます振動と衝撃耐性を高めるため,表面固定またはスローリングされた隔離柱で固定する (図1右).
信号完全性に関する考慮要素
シグナル整合性とは,コンネクタを通して1つの回路板から別の回路板へ伝送されたときに,シグナルがどのように歪んだり弱くなったかを記述する.これらの影響のいくつかは,接触抵抗など,周波数独立で,計算に簡単に組み込まれ,修正できます..
しかし,周波数に関連した2つの主要な信号完整性パラメータは反射系数 (ρ) と伝達系数 (t) である (図2).伝達係数は通常,挿入損失を用いてデシベル (dB) で表される.反射係数 (リターン損失) は,インペデンス値ステップに出くわすときにデータ信号が信号源に反射されるため発生する.挿入損失は,伝送経路の減衰を定量化するために使用されます.両方ともPCボードラインインペダンス (Zs) に関するコネクタインペダンス (ZCAB) に依存する.
戻り損失と挿入損失の両方が接続器の阻力に依存します
図2:回帰損失と挿入損失は,PCボードラインインペダンスに対するコネクタインペダンスに依存する. (画像源:Würth Elektronik)
伝送損失は,コネクタを通過する信号の振幅を減少させ,経路長とコネクタの幾何構造に比例する.近端交差音 (NEXT) や遠端交差音 (FEXT) もエネルギー損失を引き起こす可能性があります.. Return loss and transmission coefficient are frequency dependent parameters that depend on the difference between the connector impedance (simulated as a cable) and the circuit board transmission line impedance (assumed to be 50 Ω in this example)反射系数と伝導系数が示された式によって定義される.
図2では,これらのパラメータがコネクタ (ケーブル) のインペデンスによって変化することを示しています.コネクタのインペデンスが50 Ωであれば,理論上の返還損失はゼロで,伝達係数は100%接続器のインパデンスが50 Ωに偏ると,関連するパラメータの変化は, 50 Ω のコネクタインペデントの偏差値と周波数に比例する.接続器では,インパデンスが使用された隔熱材料と,幅,長さ,距離 (間隔) を含むピンの幾何学的構造に依存する.隣接するピンのワイヤリングもそれに影響を与える.
高速データ送信には2つの一般的な配線構成があります (図3):一つは単端構造で,データ信号は地面に参照されます.微分構造は2つの補完信号線を使用し,データ信号の振幅は2つの信号線間の電圧差である.二重信号線における騒音と干渉を減らすために,差分信号が用いられる.一般的には,差分信号は,最も高いデータ速率を持つアプリケーションに使用される.データ信号は,通常,ノイズピックアップを減らすために,1つまたは複数の地上信号とペアリングされる.