一種另類降低連接器諧振/共振幅度的方法

安費諾電子裝配（廈門）有限公司 周敏杰

在開發(fā)連接器時，不管是建模仿真還是實物量測，一個最令開發(fā)者頭疼的問題就是連接器的共振問題，此問題直接影響連接器的信號傳輸性能，從而達(dá)不到信號完整性要求。常用的解決方法諸如改變端子的形狀、尺寸，增加接地片，減小連接處的滑動距離等，可以解決問題，但是所花的時間較長，涉及到模具，費用高。這里給大家介紹一種另類的方法，可以用來降低共振的幅度，從而改善遠(yuǎn)端串?dāng)_，最大的優(yōu)點是不需要改模，優(yōu)化的地方在含金手指的PCB 上，只需打樣一款PCB 即可，費用也低，在任務(wù)重，時間緊的情況下，本方法可以解燃眉之急。本文所有的仿真數(shù)據(jù)來自CST 軟件，實測數(shù)據(jù)來自VNA 的量測。所給出的結(jié)論可供連接器開發(fā)者參考，在實在解決不了共振問題的時候，不妨考慮此法，沒準(zhǔn)可以解決掉當(dāng)前的問題。

改善已經(jīng)開模出來的連接器性能，是一個費用高、時間長的過程，也是負(fù)責(zé)連接器信號完整性工程師一大頭疼問題。一般情況下，只要端子的尺寸符合要求，實測的數(shù)據(jù)與仿真的數(shù)據(jù)就是一致的，一旦發(fā)生不一致的情況，那么就要從3D 到PCB 設(shè)計到仿真報告到實物的量測全面去解析，整個過程非常繁瑣，所花的時間長。有些時候，碰到固有共振無法根除的問題，為保證結(jié)構(gòu)的要求，就只能允許共振的存在，但要確保共振的幅度滿足規(guī)范即可。

本文就是基于共振存在的這個情況下，給出一種另類的解決方案，即不去改善端子，而去改善對配的金手指PCB，最終達(dá)到降低共振幅度的目的。

1 普通的帶轉(zhuǎn)接板連接器與金手指PCB 互配模型

如圖1所示，左邊的PCB 是連接器轉(zhuǎn)接板，中間的是連接器，一般都是端子+塑膠的組合體，右邊的是帶金手指的PCB，三者組合起連接器基本的互配模型，該模型可用于信號完整性仿真。

圖1 普通連接器與帶金手指的PCB 互配模型圖Fig.1 Interconnection model diagram of common connector and PCB with gold fingers

2 正常金手指PCB 設(shè)計以及疊層處理

為了更好的處理好信號完整性，通常都會在金手指的GND Pin 上增加GND 過孔(VIPP0 設(shè)計)，這種設(shè)計可以更好的將共振頻率向高頻推進(jìn)[1.2]。另外，PCB 內(nèi)層的GND 平面也需要完全將上下兩層的高速信號完全隔開，從而優(yōu)化近端串?dāng)_問題。如圖2所示。

圖2 正常帶金手指的PCB 金手指處理以及疊層解析Fig.2 Processing and stack analysis of PCB gold fingers with normal gold fingers

3 本方案的金手指設(shè)計以及疊層處理

本方案反向利用VIPPO 設(shè)計，即去掉金手指的GND過孔，讓共振點向低頻移動，同時減少一半的內(nèi)層GND平面的屏蔽，形成腔體諧振，降低共振點的幅度，以達(dá)到改善的目的。如圖3所示。

圖3 本方案推薦的金手指設(shè)計以及疊層平面處理方法Fig.3 The gold finger design and stacking plane processing method recommended in this solution

4 兩方案的仿真結(jié)果和實測結(jié)果對比（此數(shù)據(jù)基于一款4C+連接器）

仿真結(jié)果顯示常規(guī)方案在高頻17GHz 左右會出現(xiàn)共振點[3]，而新方案顯示在12GHz 左右會出現(xiàn)較小的共振點，總體相差比，新方案會比常規(guī)方案在共振點的幅度上有改善4dB 左右。如圖4所示。

圖4 仿真結(jié)果對比Fig.4 Comparison of simulation results

實測結(jié)果顯示，新方案的共振向低頻移動，同時幅度有下降4dB 左右，與仿真結(jié)果一致。但實測的共振幅度明顯大于仿真，這需要結(jié)合實際情況去具體分析，比如形狀、材料、尺寸的差異，都會導(dǎo)致這樣的結(jié)果。如圖5所示。

圖5 實測結(jié)果對比Fig.5 Comparison of measured results

5 結(jié)語

本文通過圖示的方式，詮釋了一種另類的降低連接器共振幅度的方法，并以仿真數(shù)據(jù)以及實測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，可供設(shè)計者參考。另外此方法只能降低共振幅度，并不能根除連接器的共振問題，若想徹底根除連接器的共振問題，還是要從連接器本身出發(fā)，逐步解決。本文給出的方法只是給設(shè)計者提供另一種方法解決共振，在連接器已經(jīng)開發(fā)出來的情況下，僅共振幅度偏高，可以試著采用。