解析高频电子连接器技术与趋势.doc

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1、解析高频电子连接器技术与趋势解析高頻電子連接器技術與趨勢高頻電子連接器為所有用在電子訊號和電源上的連接元件及附屬配件，其主耍功能為傳輸訊號，在禁個電子系統屮，為一典型的電子配件。近來它的演進與發展更是與電腦CUP關係密不可分，本文將介紹高頻電子連接器在業界的運用面、其信號傳輸方式及高頻傳輸特性的分析與趨勢。電子連接器（electricalconnector）是泛指所有用在電子訊號與電源上的連接元件及附屬配件，廣義的連接器還包含插座、插頭及Cable組立等。從電子構裝的觀點上來看，連接器是互相連接（interconnection）部份可離合或是替換的元件，換言之是所冇訊

2、號間的橋樑，因此連接器的性質將會牽動整個電子系統的運作品質。電子連接器主要的功能為完整且正確的傳輸訊號，所以在整個電子系統中，電子連接器是一個典型的被動元件，它的發展與演進完全跟著電腦CPU,近年來由於CPU速度不斷提高，由早期的33MHz、66MHz,到PentiumIII500MHz至最近的Pentium43.06GHz,連帶地提升主機板與電腦週邊的電子信號傳輸速度，因此擔任電子信號傳輸橋樑電子連接器的高頻電氣特性，便成為電子連接器廠商一個重要的議題。常見高頻連接器應用近幾年來由於多媒體影咅的快速蓬勃發展，更突顯傳輸信號的重耍性,以下介紹目前業界最常使用的高頻連接

3、器應用，如（圖一）、（（圖三）、四）所示：《圖一USB與Mini・USB》IEEEJ394》三DVI（Digitalvisualinterface）^《圖四HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface）^信號傳輸方式及高頻傳輸特性要了解且進而去設計一個好的高頻電子連接器，就必須從信號的傳輸方式及高頻傳輸的特性著手起，信號的傳輸方式，可分為兩種：一為單端信號(single-ended),如(五）左圖所示；另一為差動信號（differentialmodesignal）如（圖五）右圖所示。《圖五單端信號與差動信號圖》所謂的單端信號，即是在驅動

4、器和接收器中，一個信號的傳輸僅需要一個導體（端子Pin）o差動信號的傳輸則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，也就是大小相同（振幅相同）並且極性相反（相位差180度）的兩個信號。基於該分析可了解為何在高頻傳輸中會選用差動信號（differentialmodesignal）o以下針對這兩種傳輪輸方式的優缺點做一說明，如（表一）、（表二）所示。（表一）單端信號優缺點比較表單端信號（singleEnded）（表二）差動信號優缺點比較表差動信號（differentialmodesignal）由於電子連接器為一被動元件

5、，它的主要功能為將信號完整的由IC傳至Device及傳冋IC,而所謂信號完整定義為信號在電路中能以要求的時序和電壓做出響應的能力，也就是判斷數位訊號是0或是1。當電路中信號能以耍求的時序、持續時間和電壓幅度到達IC,該電路就有很好的信號完整性；反之，就出現信號完整性的問題，IC就可能誤判或丟失部份數據。在基木的電路學理論，只是電磁理論馬克斯威爾方程式的近似，也就是在特殊的狀況下才合理，主耍是因為在電路學屮，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(lumpedelement),換句話說，當

6、工作頻率在微波頻段中時，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冇大的差異，則此時的元件為散佈元件(distributedelement)。高頻影響電子連接器之探討至於何種電子連接器必須考慮高頻的影響，以下為一般的推論，如(%1)所示。由圖六中的推論可得若電子連機器長度大於mm,則必須視為散佈元件(distributedelement),在此狀況下就要考慮高頻效應的影響。《圖六LengthoftheRisingEdge(L)(electricalLength)推論過程》<圖註:狀況下就要考慮高頻效應的影響。實例說明:USB連接器長度約為33m

7、m,USB1.1最快傳輸速度為12Mbps,上升時間(riseTime)為20ns高頻問題之探討冃前各種電腦及通訊設備日益輕、薄、短、小，電子連接器內部Z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(crosstalk)、傳遞延遲(propagationdelay)>衰等。匹配阻抗(impedance)電阻是所謂的集總元件(lumpedelement),是實數(realnumber)只會造成信號的衰減；而阻抗是針對分佈元件(distributedelement)所定義的(傳輸線原理)，為複數(comple