基于背板的高速連接器應用研究

朱 晟，盧從明，李 卓，朱淇銳

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

隨著通信系統中的電子設備越來越多，系統組成越來越復雜，通信使用的頻段越來越高，對系統硬件性能提出的要求也越來越高。背板作為高速互連系統中的重要部件，其性能的優劣直接關乎整個系統能否正常工作，而高速連接器又是整個背板乃至互連系統的核心樞紐，成為提高系統傳輸速率的瓶頸。因此，研究滿足高頻點且高速率傳輸的連接器是提升系統高速互連的主要手段，也是解決信息化系統高速互連問題的關鍵技術[1]。

本文根據實際項目需求對高速背板連接器的應用開展研究，系統全面分析其模擬及數字通信性能，為后續工程應用提供指導意義。

1 高速背板連接器

高速背板連接器對多個板卡間的通信起著重要的作用，是整個互連通信系統的關鍵樞紐中心。它主要包括插頭和插座兩個部分，其中插頭由插針接觸件、介質基座以及PCB晶片組成，插座由插針接觸件和介質基座兩部分組成。一般情況下，高速連接器采用單端和差分兩種傳輸形式。由于差分傳輸具有功耗低、抗干擾性強以及傳輸距離遠等優點，因此多采用此形式進行信號傳輸[2]。

本文研究的高速背板連接器為GFII高速背板連接器，數據傳輸速率≤5 Gb/s，差分阻抗為（100±15）Ω，單端阻抗為（50±10）Ω，傳輸損耗＞1 dB，隔離度＞40 dB。該高速背板連接器由插頭、插座、壓接接觸端子以及PCB晶片組成，采用差分傳輸線進行信號傳輸，插頭采用壓配免焊的端接方式，每一對差分信號有對應的接地片提供回路，適用溫度為-55～125 ℃。圖1為GFII高速背板連接器的三維圖。

圖1 GFII高速連接器三維圖

2 連接器應用研究分析

2.1 平臺搭建

對于高速背板連接器的研究必須制作專門的測試板。將連接器安裝在測試板上，由于連接器采用差分傳輸的方式，因此采用巴倫實現差分信號與單端信號的轉換，同時為了匹配測試設備的射頻電纜，需在測試板上安裝高性能的SMA射頻連接器。GFII高速背板連接器實際測試模型如圖2所示。通過研究連接器的頻域（傳輸損耗、隔離度、EVM）和數據域（誤碼率）等指標，分析其能否滿足高速通信系統的要求[3]。本文采用矢量網絡分析儀、頻譜儀以及信號源等設備對連接器進行測試。

圖2 GFII高速連接器實際測試模型圖

2.2 傳輸損耗

高速互聯系統中高速信號的傳輸會帶來更明顯的傳輸線損耗，從而改變接收端信號的幅值和波形。使得邊沿較陡信號接收端的邊沿變緩，導致附件干擾及眼圖張開程度降低[4]。高速信號傳播過程中發生的傳播損耗主要包括導體損耗、介質損耗以及輻射損耗等，測試頻率范圍為950 MHz～2.2 GHz，任意抽取不同的差分對進行測量，結果表明信號傳輸損耗為0.76～0.83 dB。實際測試的傳輸損耗曲線如圖3所示。

圖3 實際測試的傳輸損耗曲線

2.3 隔離度

隔離度和串擾從不同的角度表征信號泄露的程度，引發信號串擾的主要原因為互連線間的耦合電感及耦合電容，其產生的電壓干擾會影響相鄰互連線[5]。測試頻率范圍為950 MHz～2.2 GHz，任意抽取不同的差分對進行測量，隔離度為40.5～43.1 dB。實際測試的各通道隔離曲線如圖4所示。

圖4 實際測試的各通道隔離曲線圖

2.4 EVM性能

誤差向量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）表示在給定時刻理想無誤差基準信號與實際信號的向量差，能全面衡量調制信號的質量。影響EVM的因素包括群時延、波動以及平坦度等[6-10]。測試頻率范圍為950 MHz～2.15 GHz，任意抽取不同的差分對進行測量，同時系統加載高斯白噪聲采取不同的符號率分別進行測試。實際測試的EVM性能曲線如圖5所示。

圖5 實際測試的EVM性能曲線圖

2.5 高速數字信號傳輸性能

高速數字信號傳輸性能的研究即在模擬射頻信號進行通信的時候，通過千兆網口傳輸數字信號，驗證模擬與數字信號的傳輸性能及可靠性。結果表明，該環境下射頻信號傳輸不受數字信號的影響，數字信號傳輸速率可達800 Mb/s以上，且不受射頻信號影響。圖6為實際網口ping數據包的測試圖。

圖6 實際網口ping數據包的測試圖

3 結 論

通信系統性能的提升及使用頻率的提高對連接器的性能提出了更高的要求，本文對基于背板的高速連接器進行應用研究。通過分析連接器的EVM、駐波、傳輸損耗以及串擾等性能指標，解決了基于背板進行高速傳輸連接器的應用，為高速背板連接器的工程應用提供了理論依據，連接器可滿足高速背板的實際使用要求。