전자 시스템 아키텍처에는 보다 컴팩트한 폼 팩터에서 더 높은 수준의 변조 방식을 갖춘 더 빠른 데이터 속도가 필요합니다. 이로 인해 설계자가 전송선 손실을 최소화하고 잡음, 반사 및 누화에 대한 민감성을 줄여 신호 무결성을 유지하고 최대 BER(비트 오류율) 요구 사항을 충족하기 위해 노력하므로 인쇄 회로 기판(PC 기판) 레이아웃이 복잡해집니다. 또한 IC 간 또는 보드 간 전기 또는 광학 다중 레인 신호는 특히 차동 신호 쌍에서 신호 스큐를 최소화해야 합니다.
높은 비용을 피하기 위해 표준 기판 기판을 사용할 수 있도록 하는 이러한 요구 사항을 해결하는 한 가지 방법은 PC 기판 트레이스에만 의존하는 대신 고속 케이블 조립품을 사용하는 것입니다. 이 어셈블리는 단일 종단 및 차동 구성, 고급 재료 및 탁월한 신호 무결성을 제공하고 구리 또는 광섬유의 고밀도 다중 레인 신호 경로를 지원하는 기술을 사용합니다. 일부 구현에서는 최대 64Gbps(초당 기가비트)의 작동 속도를 제공합니다.
이 기사에서는 더 빠른 속도에 대한 필요성을 촉진하는 요인과 이를 해결하는 방법에 대해 설명합니다. 그런 다음 Samtec의 고속 케이블 어셈블리를 소개하고 해당 기능과 용도에 대해 설명합니다.
속도의 필요성
세상은 더 빠른 커뮤니케이션에 굶주려 있습니다. 5G 및 6G 셀룰러, 인공 지능(AI), 양자 컴퓨팅 및 '빅 데이터'와 같은 애플리케이션은 새로운 시스템 아키텍처를 주도하고 장치 및 시스템 크기를 줄이면서 더 빠른 전송 속도로 더 높은 대역폭을 요구합니다. 이러한 개발 기술에는 잡음, 누화, 반사, 전자기 간섭, 기타 손실 및 간섭 소스가 있는 경우 최고의 신호 무결성을 제공하고 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 유지할 수 있는 상호 연결이 필요합니다.
더 빠른 속도로 인해 연결 변경이 필요했습니다. technology. 첫째, 데이터가 반환 경로('접지'라고도 함)를 참조하는 단일 와이어에 의해 전달되는 단일 종단 신호 전송은 두 와이어가 180˚ 위상차가 있는 데이터 신호를 전달하는 차동 신호 연결로 대체되고 있습니다. 차동 신호는 두 도체에 공통적인 잡음(공통 모드 잡음)을 억제하여 SNR을 향상시킵니다. 둘째, 데이터 인코딩은 클록 주기당 단일 비트, NRZ(Non-Return to Zero) 인코딩에서 클록 주기당 여러 비트(예: 4개의 개별 레벨 또는 클록당 4비트를 인코딩하는 펄스 진폭 변조 1 레벨(PAMXNUMX))로 이동하고 있습니다. 주기(그림 XNUMX).
PAM4는 00, 01, 10 또는 11로 인코딩된 4가지 레벨을 사용하여 각 클록 사이클에 XNUMX비트의 데이터를 압축합니다. 이는 고정 클록 속도의 데이터 속도를 두 배로 늘리지만 데이터 상태 간의 진폭 변화가 더 작기 때문에 SNR을 감소시킵니다. 따라서 PAMXNUMX 신호 전달에는 더 높은 수준의 신호 무결성이 필요합니다.
전송선 성능 특성화
인쇄 회로이든 케이블이든 전송선 성능은 일반적으로 산란 매개변수(s-매개변수)를 통해 주파수 영역에서 특성화됩니다. S-파라미터는 장치 내부의 특정 구성요소를 알지 못한 채 입력 및 출력에서 관찰된 전기적 동작을 기반으로 장치의 속성을 설명합니다. 측정된 S-파라미터를 기반으로 하는 여러 성능 지수(FoM)는 케이블과 같은 2포트 장치를 설명하는 데 사용됩니다. 가장 많이 사용되는 FoM은 다음과 같습니다.
- 삽입 손실 : 케이블의 입력에서 출력으로 전파되는 신호에 의해 발생하는 감쇠(데시벨(dB)로 표시)(이상적인 전송선의 삽입 손실은 0dB임)
- 반사 손실 : 출력에서의 임피던스 불일치로 인한 신호 반사로 인한 손실(dB)
- 누화 : 인접한 배선으로 인해 전송선에 결합된 원치 않는 신호의 측정(dB)
관심을 끄는 다른 FoM은 전송선의 전파 지연과 시간 왜곡입니다. 전파 지연은 전송선을 통해 전파되는 신호의 시간 지연입니다. 시간 왜곡은 두 개 이상의 전송 라인에 있는 신호 간의 시간 차이입니다.
전송선 옵션
전통적인 PC 보드 기판 설계 접근 방식을 사용하여 최신 데이터 통신 표준의 고주파수, 다중 레인 구성에 대한 FoM 요구 사항을 비용 효율적으로 충족하는 것은 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Samtec Inc.는 낮은 손실과 뛰어난 신호 무결성으로 유명한 독자적인 Eye Speed 마이크로 동축 및 트윈축 케이블을 사용하여 고속 케이블 어셈블리를 개발했습니다. 다중 레인 케이블 조립품에 통합된 이 케이블은 고유한 구조로 인해 뛰어난 성능을 제공합니다(그림 2).
Eye Speed 동축 케이블은 중앙 연선 26~28 AWG(미국 와이어 게이지) 도체와 함께 사용할 수 있습니다. 이러한 동축 케이블 구조는 높은 유연성, 가벼운 무게, 작은 크기를 제공하므로 장거리 연결에 특히 중요합니다.
유전체는 낮은 유전 상수, 공기 발포, 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP)의 고체 압출로 형성됩니다. 거품이 발생하면 공기 침입이 발생하여 신호 속도가 높아집니다. 이 케이블 제품군은 향상된 신호 무결성을 위해 금속 서브, 테이프 또는 편조 쉴드 중에서 선택할 수 있습니다.
Eye Speed 쌍축 케이블 구조는 28~36AWG 은도금 구리 도체를 사용합니다. 와이어 크기가 클수록 삽입 손실이 낮아지고, 와이어가 작을수록 유연성이 향상됩니다. 유전체를 동시 압출하면 신호 무결성과 대역폭이 향상되어 28~112Gbps 속도가 가능해집니다. 콤팩트한 설계로 인해 신호 도체 사이의 긴밀한 결합이 가능하고 케이블 어셈블리 내에서 더 작은 피치를 위한 더 작은 간격이 제공됩니다. 0.25GHz(14Gbps PAM56)로 클록된 데이터에 대한 Eye Speed 쌍축 4m의 삽입 손실은 와이어 직경에 따라 -1~-2.2dB 범위에 있습니다. Twinax 케이블의 컨덕터 간 타이밍 차이는 미터당 3.5피코초(ps) 미만입니다. 두 가지 유형의 케이블 모두 Samtec의 Flyover 기술을 지원합니다.
플라이오버(Flyover) 기술이란 무엇입니까?
Samtec의 Flyover 기술은 Eye Speed 케이블 조립품의 높은 대역폭과 낮은 손실을 사용하여 온보드 버스 구조를 대체하여 손실을 크게 줄입니다(그림 3).
Flyover 기술은 더 적은 수의 보드 레이어를 필요로 하여 28Gbps 이상의 데이터 속도에 대한 보드 레이아웃을 단순화합니다. 또한 저렴한 PC 기판 재료를 사용할 수도 있습니다.
Samtec 케이블 어셈블리
다양한 Eye Speed 마이크로 동축 및 쌍축 케이블 조립 옵션이 있습니다. 이 제품은 고밀도 어레이로 제공되며 일체형 접지면, 자웅동체 커넥터, 스트레인 릴리프, 다양한 연결 및 래칭 옵션과 같은 기능을 제공합니다.
예를 들어, ARC6-16-06.0-LU-LD-2-1은 16인치(인치)(6밀리미터(mm))인 152.4개 신호 쌍이 있는 슬림형 플러그-플러그 직접 연결 케이블 어셈블리입니다. ) 길이이며 64Gbps PAM4 신호를 지원합니다(그림 4).
이 어셈블리는 16인치(32mm) 피치의 0.025개 접점으로 분리된 고밀도 0.635열 설계의 초저 스큐 쌍축 케이블 100개로 구성됩니다. 접점은 최적의 신호 무결성을 위해 쌍축 도체에 직접 납땜됩니다. 케이블은 34AWG 전선을 사용하는 8Ω 차동 케이블이며 24쌍 및 40쌍 구성으로 제공됩니다. 작동 온도 범위는 -125°C ~ +XNUMX°C입니다.
ERCD-020-12-00-TEU-TED-1-B는 50개의 접점 커넥터가 있는 40개의 단일 종단 5Ω 동축 케이블 12줄로 구성된 카드 에지 간 케이블 어셈블리입니다(그림 305). 케이블 길이는 XNUMX인치(XNUMXmm)입니다.
동축 라인은 리본 케이블로 배열된 34AWG 중심 도체를 사용합니다. 커넥터 피치는 0.0315인치(0.80mm)입니다. 이 케이블은 14Gbps 신호를 처리할 수 있는 등급입니다. 커넥터는 확실한 결합을 보장하기 위해 스퀴즈 래치 잠금 메커니즘을 사용합니다. 선택적으로 다양한 래치 메커니즘을 갖춘 행당 10~60개의 케이블을 사용하여 어셈블리를 사용할 수 있습니다. 모두 -25°C ~ +105°C의 온도 범위에서 작동합니다.
HLCD-20-40-00-TR-TR-2 케이블 어셈블리는 50m(40인치) 길이의 1.02Ω 단일 종단 케이블 0.0197개로 구성된 두 줄을 사용합니다. 0.5mm(6인치)의 접점 피치로 XNUMX개의 접점을 제공합니다(그림 XNUMX).
자웅동체 커넥터에는 동일한 커넥터와 함께 결합할 수 있는 핀과 소켓이 있습니다. 이는 양방향 데이터 쌍과 같이 접촉 분극이 필요하지 않은 애플리케이션에 사용됩니다.
HLCD-20-40.00-TR-TR-2는 각각 -25°C ~ +105°C 또는 -40°C ~ +125°C의 표준 또는 확장 작동 온도 범위를 선택할 수 있습니다.
HQDP-020-12-00-TTL-TEU-5-B 케이블 어셈블리는 100Ω, 30 AWG 쌍축 케이블의 이중 행을 사용합니다. 길이는 12인치(305mm)이고 케이블은 20개이며 플러그-카드 에지 커넥터를 사용하며 작동 속도는 14Gbps입니다(그림 7).
이 제품군은 20, 40 또는 60개 케이블 옵션과 다양한 표면 및 에지 실장 커넥터를 제공하며 커넥터 피치는 0.020인치(0.5mm)입니다.
결론
더 높은 데이터 속도로 인해 설계자는 신호 무결성을 보장하기 위한 혁신적인 방법을 모색하게 되었습니다. Samtec과의 협력을 통해 기존 다중 레인 PC 기판 신호 버스의 제약을 뛰어넘고 오늘날의 통신 응용 분야 사양을 충족하거나 초과하는 유연하고 비용 효과적인 다양한 고성능 케이블 조립품을 활용할 수 있습니다. .