連接器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

耐潮濕，需要達(dá)到90%甚至更高；三是耐鹽霧，鹽霧可以使連接器產(chǎn)生退化，或者表面被腐蝕；四是連接器要耐沖擊、耐振動(dòng)，因?yàn)樵谝恍┨厥獾沫h(huán)境中，比如航空航天、鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸?shù)?，?duì)電器的沖擊和振動(dòng)是很強(qiáng)的。

連接器的發(fā)展具有以下特點(diǎn)：

1、朝著小型化、高密度、高速度傳輸?shù)姆较虬l(fā)展；

2、朝著高性能、高頻化技術(shù)方向發(fā)展；

3、高電壓、大電流的連接器需求市場(chǎng)也很大；

4、連接器還朝著抗干擾技術(shù)、模塊化技術(shù)和無(wú)鉛化技術(shù)方向發(fā)展。

表1中列出的是典型的高速連接器的型號(hào)。在傳統(tǒng)并行同步數(shù)字信號(hào)的速率將要達(dá)到極限的情況下，高速串行方式是一個(gè)很好的解決思路。這使得低壓差分信號(hào)（LVDS）成為主要的下一代高速信號(hào)的電平標(biāo)準(zhǔn)。而高速連接器的選擇也成為高速率信號(hào)互聯(lián)要解決的主要問(wèn)題。

高速連接器在發(fā)展中所采用的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)包括：1、為了減少串?dāng)_所采用的差分信號(hào)、無(wú)噪聲信號(hào)和接地層技術(shù)；2、為了調(diào)整連接器的引線，可以改變由于連接器輸入和輸出物理距離不等而導(dǎo)致的延時(shí)差異；3、為了獲得最大的傳輸效率，連接器的特性阻抗值應(yīng)與傳輸電路的特性阻抗相匹配。

連接器在有線系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1所示為一個(gè)PSTN網(wǎng)的交換機(jī)，該交換機(jī)由7個(gè)部分組成。除了機(jī)箱尺寸的區(qū)別，機(jī)箱底部是一個(gè)機(jī)架的管理模塊，它包括管理模塊、傳輸背板和傳輸模塊。最前面有子板、載板、電源板，以及風(fēng)冷系統(tǒng)、電扇托板。在交換機(jī)中，它的主要載板就是電話信息的傳輸以及輸入/輸出的連接，輸入/輸出系統(tǒng)所組成的只有很少的電腦板以及信令控制板。

表1 高速連接器的基本特性


任何網(wǎng)絡(luò)都需要連通性，以便把單個(gè)設(shè)備組合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)器件 （“連接器”） 扮演重要角色：首先，它能把單個(gè)設(shè)備進(jìn)行電連接，形成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；另一方面，如今都采用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，使不同公司制造的設(shè)備能相互連接在一起工作，從而在某個(gè)街區(qū)構(gòu)建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以滿足商業(yè)或社區(qū)的需求。

因此，在有線通信系統(tǒng)中，連接器的作用主要有三個(gè)方面：首先，能在單個(gè)設(shè)備內(nèi)的電路板和單個(gè)電元件間實(shí)現(xiàn)電連接；第二，如果采用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，就能使不同公司制造的設(shè)備相互連接在一起工作，從而在某個(gè)街區(qū)構(gòu)建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以滿足商業(yè)或社區(qū)的需求；第三，通過(guò)設(shè)計(jì)達(dá)到可靠的功能，以承受已知的工作環(huán)境和設(shè)備服務(wù)期內(nèi)的工作強(qiáng)度。

針對(duì)有線通信系統(tǒng)對(duì)連接器的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮如下幾個(gè)方面：

• 鍍金接觸界面，用于保證更高的耐磨性和良好的電特性；

• 冗余的接觸界面，保證高可靠性；

• 可選擇氣密性連接或PCB焊接；

• 殼體外部特征要便于插入時(shí)導(dǎo)正和導(dǎo)向；

• 用不同的插針高度保證信號(hào)和接地的先后連接順序；

• 大功率電源要用特殊的端子，和信號(hào)的接觸端子要有所區(qū)別；

• 要保證EMI特性和機(jī)箱接地。

圖2是典型的連接系統(tǒng)中背板連接器的設(shè)計(jì)。它可以提供三種端子長(zhǎng)度，即接地端子、信號(hào)1端子、信號(hào)2端子三個(gè)端子的長(zhǎng)度是不同的。這是為了保證插座和插針在互相連接的時(shí)候，如果接反了，就無(wú)法插入。第二個(gè)是中間部分，它是用于安裝維修用的，整個(gè)插針板在插入的過(guò)程中，可以用來(lái)導(dǎo)向，甚至可以保證編碼和極性的正確。外壁用來(lái)保護(hù)端子和連接器的導(dǎo)向，這個(gè)端子就是插針部分，采用柔性插針。從右半部分圖中可以看到，外殼被拆除后，更清楚地顯示出了接觸面。它采用了雙柱冗余的接觸面設(shè)計(jì)，這樣可以大大提高接觸的可靠性。


圖1 PSTN網(wǎng)交換機(jī)


圖2 連接系統(tǒng)中典型的背板連接器的設(shè)計(jì)

連接器在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖3表示的是典型的無(wú)線通信系統(tǒng)的基站內(nèi)部互聯(lián)，以及它所需要的各種各樣的電子連接器。從圖中可以看出，左邊基站所要求的都是射頻連接器，右邊表示的是電源連接器、背板連接器、輸入/輸出連接器和印制電路板連接器。

圖4表示的是基站控制器、移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)之間的典型互聯(lián)。這些互聯(lián)也用到了多種連接器。

移動(dòng)手機(jī)用的開關(guān)式同軸連接器主要用于提供手機(jī)內(nèi)的天線和汽車外部天線之間的信號(hào)的切換。這種開關(guān)式的連接器，它的表面安裝有三種高度，分別是3.5mm、4.5mm和6.0 mm。表面安裝開關(guān)式連接器直接和手機(jī)天線連接。由于功率元件和天線或開關(guān)間距離短，因此內(nèi)部沒(méi)有電纜，信號(hào)傳輸非常好。它的性能指標(biāo)如下：

• 工作頻率：高達(dá)2.4GHz

• 標(biāo)準(zhǔn)阻抗：50歐姆

• VSWR：1GHz時(shí)為1.15:1；2GHz時(shí)小于1.20:1

• 插入損耗：2GHz時(shí)最大為-0.30dB

• 使用壽命：30,000 次

• 溫度范圍：-40℃到+85℃

無(wú)線通信系統(tǒng)中所采用的電源連接器（圖5）的種類包括一體化背板電源系統(tǒng)、子板/堆疊用連接器、信號(hào)母線到板之間的連接器、板到板的電源連接器、電源到電纜/電纜到印刷板連接器、微處理器所用電源連接器以及電源輸入所用連接器。



圖3 典型的無(wú)線通信系統(tǒng)的基站內(nèi)部互聯(lián)



圖4 基站控制器、移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)之間的典型互聯(lián)


圖5 無(wú)線通信系統(tǒng)的電源連接器

連接器的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)

連接器在進(jìn)行信號(hào)完整性設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮：1、與整個(gè)互聯(lián)傳輸線阻抗的連續(xù)性；2、連接器各插針間的串?dāng)_；3、有時(shí)序要求，要考慮連接器上的延時(shí)。連接器的分析方法與一般的信號(hào)分析方法基本一樣，都是利用仿真軟件進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論。

連接器的模型分析和電路的模型分析是一樣的，只是要注意連接器和過(guò)孔效應(yīng)的精確建模、仿真對(duì)于預(yù)測(cè)信號(hào)質(zhì)量非常重要。

模型分析有五種情況：

• 多線模型 (MLM)： 適用于多插針連接器，包括接觸元件、接觸與接觸間耦合、接觸和屏蔽間耦合、焊盤間耦合等。除了SLM模擬的參數(shù)外，還能用來(lái)模擬串?dāng)_和地彈等。

• 單線模型 (SLM)： 適用于連接器中的單線，如高速信號(hào)傳輸線，可以用來(lái)模擬反射、時(shí)延和偏移、衰減以及信號(hào)傳輸質(zhì)量。

• S參數(shù)模型：主要應(yīng)用于頻域，可模擬吞吐量和串?dāng)_，通過(guò)時(shí)域變換，可產(chǎn)生阻抗、串?dāng)_、傳輸時(shí)延和眼圖等。

• IBIS模型：是一種基于V/I曲線的對(duì)I/O BUFFER快速準(zhǔn)確建模的方法，支持所有類型的連接器和多種不同連接器建模，如差分和不平衡信令、SLM(無(wú)耦合)、MLM(耦合)、模型級(jí)聯(lián)、板到板以及板到電纜等。

• SPICE模型：是最為普遍的電路級(jí)模擬程序，被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件。

信號(hào)完整性是貫穿于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的最重要的問(wèn)題之一，在此列出幾點(diǎn)建議：

• 對(duì)靈敏元件實(shí)施對(duì)噪聲器件的物理隔離；

• 阻抗控制、反射和信號(hào)終端匹配；

• 用連續(xù)的電源和地平面層；

• 布線中盡量避免采用直角；

• 差分對(duì)布線長(zhǎng)度要相等，以保證在接收端良好的抑制比；

• 高速電路設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮串?dāng)_問(wèn)題，包括近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_；

• 電源退耦問(wèn)題，也就是說(shuō)加在電路上的電源一定要通過(guò)電感電容的退耦。