解析高频电子连接器技术

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1、解析高频电子连接器技术Department:EngineerReporter:Victor.ZhuDate:Apr,23,2008高頻問題之探討目前各種電腦及通訊設備日益輕、薄、短、小，電子連接器內部之端子與線路愈來愈細密，使得高頻的問題更加嚴重，如：匹配阻抗（impedance）、串音雜訊（cross talk）、傳遞延遲（propagation delay）、衰減（attenuation）、偏移（skew）上升時間衰減（rise time degradation）等。電阻是所謂的集總元件（lumped element），是實數（real number）只會造成信號的衰減；

2、而阻抗是針對分佈元件（distributed element）所定義的（傳輸線原理），為複數（complex number）也就是在高頻時因為相對應的波長短，已不再是之前波長遠大於元件尺寸，而是波長和元件尺寸差不多或是小於，於是就有阻抗的定義出現。(集總元件:元件大小遠小於信號的波長，由於波長遠大於元件尺寸時，信號通過元件後電壓電流的相位差可以忽略不計，則此時的元件視為集總元件.分佈元件:工作頻率在微波頻段時，元件的尺寸與波長大小差不多，則信號通過元件後的電壓電流位差異很可能有大的差異，則此時的元件為分佈元件)匹配阻抗（impedance）何謂較好的阻抗？好的阻抗即為阻抗匹配

3、（impedance match），假若連接器所運用在的系統100ohm，此時若連接器設計到都是100ohm時，則是阻抗匹配，若不是100ohm時，就是所謂的阻抗不匹配，阻抗不匹配會形成何影響？假若阻抗不匹配時，會造成信號傳輸到連接器時，因為連接器所做的阻抗不是100ohm（或是規範定義的值），造成信號呈現反射，形成信號的衰減；然而連接器主要的功能就是傳送信號，並保持信號的完整性，所以連接器造成信號的反射愈少愈好。所謂阻抗匹配是讓信號傳輸的環境相同，這樣就不會有反射的出現，用甩繩子實驗當例子，若前端是細繩（假設低阻抗）後面接粗繩（假設高阻抗），甩動細繩時會有波浪，傳到粗繩時因

4、為阻抗的不匹配（傳輸的環境改變），就會有反射的產生，而高速連接器的規範中所定義的阻抗值都有一個範圍，例如DVI其阻抗的定義範圍是在上升時間330ps下量測，其值必須為100正負15ohm之內，就符合規範定義的值，因為我們的端子結構較複雜，並不是均勻一致，有彎角和導刺或是寬度的改變，都會造成阻抗的不一致，所以規範都會定義阻抗值在一個範圍內。串音雜訊（cross talk）串音雜訊（cross talk）是由動態信號（或時變電壓電流）所產生的電磁波對鄰近的信號線造成的干擾，在高頻的時侯，此種現象將會更加嚴重，在兩信號線間的串音雜訊是依據其之間的互容和互感值。而串音雜訊又可分成遠端

5、雜訊（又稱forward cross talk）和近端雜訊（backward cross talk）兩種形式，此兩種狀況皆會影響信號的完整性，使得信號接受端無法接受正確的信號，而可能導致IC的誤判。最常見的串音雜訊是在兩人通電話時，可無意間聽到他人聲音出現，這是最典型的串音雜訊。傳遞延遲（propagation delay）電子信號在導體內的傳遞速度是依據其週边的環境來決定，在傳輸線中的傳遞速度所需要的時間稱為傳遞延遲（propagation delay），因此傳遞延遲為波傳速度的倒數，因為傳遞速度和等效介電常數的平方根成反比，所以傳遞延遲和等效介電常數的平方根成正比，也就

6、是等效介電常數愈大其傳遞延遲也愈長。衰減是指平均功率（average power）的傳輸經由待測物（連接器）的輸入端到輸出端所產生的損失稱為衰減，通常是以dB值來測量，而通常會造成衰減的因素有下列幾項：(1)導體的損失（copper Loss）：電阻所導致功率的損失，所以要減少電阻所造成的損失。(2)反射損失（reflection loss）：傳輸路徑中不連續處的阻抗不匹配所造成的損失。(3)介電損失（dielectric loss）：介電材料性質，由於介電質材料具有很大但不是無限大的電阻，因此會造成一些功率的損失，為頻率和傳輸距離的函數，頻率愈高或距離愈長介電損失愈嚴重。(

7、4)輻射損失（radiation loss）：在高頻的時侯有較多的電磁波能量輻射出去。衰減（attenuation）偏移（skew）偏移是為了確保一對差動信號經過連接器一對端子後，可以保持能接受的差動不平衡，因為在設計連接器時，同一對差動信號的端子其長度要設計成等長，以避免偏移（skew）的產生，確保差動的平衡。單端信號:是在驅動器和接收器中，一個信號的傳輸僅需要一個導體（端子Pin）。差動信號:是在驅動器和接收器中，需要兩個完全相同並且匹配的導體，在這兩個導體上所傳輸的信號為兩互補的信號，也就是大小相