Elektronik seni bina sistem memerlukan kadar data yang lebih pantas dengan skim modulasi peringkat lebih tinggi dalam faktor bentuk yang lebih padat. Ini merumitkan susun atur papan litar bercetak (papan pc) kerana pereka bentuk berusaha untuk meminimumkan kehilangan talian penghantaran dan mengurangkan kerentanan kepada hingar, pantulan dan crosstalk untuk mengekalkan integriti isyarat dan memenuhi keperluan kadar ralat bit maksimum (BER). Selain itu, isyarat berbilang lorong elektrik atau optik antara IC atau papan ke papan memerlukan pencongan isyarat yang diminimumkan, terutamanya dalam pasangan isyarat pembezaan.
Satu cara untuk menangani keperluan ini yang membolehkan penggunaan substrat papan standard untuk mengelakkan kos yang lebih tinggi adalah dengan menggunakan pemasangan kabel berkelajuan tinggi dan bukannya bergantung semata-mata pada jejak papan pc. Pemasangan ini menggunakan konfigurasi hujung tunggal dan pembezaan, bahan termaju dan teknik yang memberikan integriti isyarat yang sangat baik, dan menyokong laluan isyarat berbilang lorong berketumpatan tinggi dalam kuprum atau gentian optik. Sesetengah pelaksanaan menampilkan kadar operasi sehingga 64 gigabit sesaat (Gbps).
Artikel ini membincangkan perkara yang mendorong keperluan untuk kelajuan lebih tinggi dan cara ia ditangani. Ia kemudiannya memperkenalkan pemasangan kabel berkelajuan tinggi daripada Samtec dan menerangkan keupayaan dan penggunaannya.
Keperluan untuk kelajuan
Dunia dahagakan komunikasi yang lebih pantas. Aplikasi seperti selular 5G dan 6G, kecerdasan buatan (AI), pengkomputeran kuantum dan 'Data Besar' memacu seni bina sistem baharu dan menuntut lebar jalur yang lebih tinggi pada kadar penghantaran yang lebih pantas sambil mengecilkan saiz peranti dan sistem. Teknologi yang sedang membangun ini memerlukan sambungan yang boleh memberikan integriti isyarat tertinggi dan mengekalkan nisbah isyarat-ke-bunyi (SNR) yang tinggi dengan kehadiran hingar, crosstalk, pantulan, gangguan elektromagnet dan kehilangan dan sumber gangguan lain.
Kelajuan yang lebih tinggi memerlukan perubahan dalam sambungan teknologi. Pertama, penghantaran isyarat satu hujung, di mana data dibawa oleh wayar tunggal yang dirujuk kepada laluan balik (sering dirujuk sebagai 'tanah'), digantikan oleh sambungan isyarat pembezaan di mana dua wayar membawa isyarat data 180˚ keluar dari fasa. Isyarat pembezaan meningkatkan SNR dengan menekan hingar biasa kepada dua konduktor (bunyi mod biasa). Kedua, pengekodan data bergerak daripada satu bit setiap kitaran jam, pengekodan tidak kembali kepada sifar (NRZ) kepada berbilang bit setiap kitaran jam, seperti modulasi amplitud nadi 4 tahap (PAM4), yang mengekod empat tahap berbeza atau dua bit setiap jam kitaran (Rajah 1).
PAM4 membungkus dua bit data ke dalam setiap kitaran jam menggunakan empat tahap yang dikodkan sebagai 00, 01, 10 atau 11. Ini menggandakan kadar data untuk kadar jam tetap tetapi mengurangkan SNR disebabkan oleh variasi amplitud yang lebih kecil antara keadaan data. Oleh itu, isyarat PAM4 memerlukan tahap integriti isyarat yang lebih tinggi.
Mencirikan prestasi talian penghantaran
Sama ada larian litar bercetak atau kabel, prestasi talian penghantaran biasanya dicirikan dalam domain frekuensi dengan menyerakan parameter (s-parameter). Parameter S menerangkan sifat peranti berdasarkan tingkah laku elektrik yang diperhatikan pada input dan output tanpa mengetahui komponen khusus di dalam peranti. Beberapa angka merit (FoM), berdasarkan parameter s yang diukur, digunakan untuk menerangkan peranti dua port seperti kabel. FoM yang paling banyak digunakan ialah:
- Kerugian penyisipan: Pengecilan yang dialami oleh isyarat yang merambat dari input ke output kabel, dinyatakan dalam desibel (dB) (talian penghantaran yang ideal mempunyai kehilangan sisipan 0 dB)
- Pulangan kerugian: Kehilangan (dalam dB) disebabkan oleh pantulan isyarat akibat ketidakpadanan impedans pada output
- Penghantaran: Ukuran (dalam dB) bagi isyarat yang tidak diingini yang digabungkan ke dalam talian penghantaran disebabkan oleh pendawaian bersebelahan
FoM lain yang diminati ialah kelewatan penyebaran talian penghantaran dan masa yang condong. Kelewatan perambatan ialah kelewatan masa isyarat yang merambat melalui talian penghantaran. Serong masa ialah perbezaan masa antara isyarat pada dua atau lebih talian penghantaran.
Pilihan talian penghantaran
Adalah mencabar untuk memenuhi keperluan FoM secara efektif bagi konfigurasi berbilang lorong frekuensi tinggi bagi piawaian komunikasi data moden menggunakan pendekatan reka bentuk substrat papan PC tradisional. Untuk menangani perkara ini, Samtec Inc. telah membangunkan pemasangan kabel berkelajuan tinggi menggunakan kabel coax mikro dan twinax Eye Speed proprietarinya, yang terkenal dengan kehilangan rendah dan integriti isyarat yang sangat baik. Kabel ini, yang digabungkan ke dalam pemasangan kabel berbilang lorong, menawarkan prestasi unggul kerana pembinaannya yang unik (Rajah 2).
Kabel sepaksi Kelajuan Mata tersedia dengan konduktor tolok dawai Amerika (AWG) terkandas tengah 26 hingga 28. Pembinaan kabel sepaksi ini menghasilkan fleksibiliti yang tinggi, ringan dan saiz kecil, yang amat penting untuk larian yang lebih lama.
Dielektrik terbentuk sebagai penyemperitan pepejal pemalar dielektrik rendah, berbuih udara, propilena etilena berfluorinasi (FEP). Berbuih menghasilkan pencerobohan udara, menghasilkan halaju isyarat yang tinggi. Keluarga kabel ini menawarkan pilihan servis logam, pita atau perisai berjalin untuk meningkatkan integriti isyarat.
Pembinaan kabel twinax Eye Speed menggunakan konduktor tembaga bersalut perak 28 hingga 36 AWG. Saiz wayar yang lebih besar memberikan kehilangan sisipan yang lebih rendah, manakala wayar yang lebih kecil menawarkan fleksibiliti yang lebih besar. Penyemperitan bersama dielektrik meningkatkan integriti isyarat dan lebar jalur, membolehkan kadar 28 hingga 112 Gbps. Reka bentuk padat menghasilkan gandingan yang ketat antara konduktor isyarat dan jarak yang lebih kecil untuk padang yang lebih kecil dalam pemasangan kabel. Kehilangan sisipan untuk 0.25 meter (m) Eye Speed twinax untuk data yang mencatatkan masa pada 14 gigahertz (GHz) (56 Gbps PAM4) berada dalam julat -1 hingga -2.2 dB, bergantung pada diameter wayar. Pencongan masa antara konduktor dalam kabel twinax adalah kurang daripada 3.5 picoseconds (ps) per meter. Kedua-dua jenis kabel menyokong teknologi Flyover Samtec.
Apakah teknologi Flyover?
Teknologi Flyover Samtec menggunakan lebar jalur tinggi dan kehilangan rendah pemasangan kabel Eye Speed untuk menggantikan struktur bas atas kapal, dengan ketara mengurangkan kerugian (Rajah 3).
Dengan memerlukan lebih sedikit lapisan papan, teknologi Flyover memudahkan reka letak papan untuk kadar data melebihi 28 Gbps. Ia juga membenarkan penggunaan bahan papan pc yang lebih murah.
Pemasangan kabel Samtec
Terdapat pelbagai pilihan pemasangan kabel micro coax dan twinax Eye Speed. Ia tersedia sebagai tatasusunan berketumpatan tinggi dan menawarkan ciri seperti satah tanah integral, penyambung hermafrodit, pelepasan terikan dan pelbagai pilihan penyambungan dan selak.
Contohnya, ARC6-16-06.0-LU-LD-2-1 ialah pemasangan kabel palam ke palam langsing, pasang terus dengan 16 pasangan isyarat iaitu 6 inci (in.) (152.4 milimeter (mm) ) panjang dan menyokong isyarat PAM64 4 Gbps (Rajah 4).
Pemasangan ini terdiri daripada 16 kabel twinax ultra-rendah-skew dalam reka bentuk dua baris berketumpatan tinggi yang dipecahkan kepada 32 sesentuh dengan pic 0.025 in. (0.635 mm). Sesentuh dipateri terus kepada konduktor twinax untuk integriti isyarat yang optimum. Kabel adalah pembezaan 100 ohm (Ω) menggunakan wayar 34 AWG dan tersedia dalam konfigurasi 8 dan 24 pasangan. Mereka mempunyai julat suhu operasi dari -40°C hingga +125°C.
ERCD-020-12-00-TEU-TED-1-B ialah pemasangan kabel tepi kad ke tepi kad yang terdiri daripada dua baris dua puluh, kabel sepaksi satu hujung, 50 Ω dengan penyambung sesentuh 40 (Rajah 5). Panjang kabel ialah 12 inci (305 mm).
Talian sepaksi menggunakan 34 konduktor pusat AWG yang disusun sebagai kabel reben. Padang penyambung ialah 0.0315 inci (0.80 mm). Kabel ini dinilai untuk mengendalikan isyarat 14 Gbps. Penyambung menggunakan mekanisme penguncian selak picit untuk memastikan pasangan yang positif. Secara pilihan, pemasangan tersedia dengan 10 hingga 60 kabel setiap baris dengan pelbagai mekanisme penyelak. Semua beroperasi pada julat suhu -25°C hingga +105°C.
Pemasangan kabel HLCD-20-40-00-TR-TR-2 menggunakan dua baris sepuluh, 50 Ω, kabel satu hujung dengan panjang 40 inci (1.02 m). Ia menyediakan empat puluh sesentuh dengan pic sesentuh 0.0197 in. (0.5 mm) (Rajah 6).
Penyambung hermafrodit mempunyai pin dan soket yang boleh dikawinkan bersama dengan penyambung yang sama. Ia digunakan dalam aplikasi yang tidak memerlukan polarisasi kenalan, seperti pasangan data dua arah.
HLCD-20-40.00-TR-TR-2 menawarkan pilihan julat suhu operasi standard atau lanjutan dari -25°C hingga +105°C atau -40°C hingga +125°C, masing-masing.
Pemasangan kabel HQDP-020-12-00-TTL-TEU-5-B menggunakan dwi baris 100 Ω, 30 AWG kabel twinax. Ia berukuran 12 inci (305 mm) panjang, mempunyai 20 kabel, menggunakan penyambung tepi palam ke kad dan dinilai untuk operasi pada 14 Gbps (Rajah 7).
Keluarga ini menawarkan pilihan 20, 40 atau 60 kabel dan pelbagai penyambung permukaan dan pelekap tepi, serta mempunyai pic penyambung 0.020 inci (0.5 mm).
Kesimpulan
Kadar data yang lebih tinggi terus mendorong pereka untuk mencari cara inovatif untuk memastikan integriti isyarat. Bekerja dengan Samtec membolehkan mereka mengatasi kekangan bas isyarat papan pc berbilang lorong klasik, dan memanfaatkan pelbagai jenis pemasangan kabel berprestasi tinggi, fleksibel dan kos efektif yang memenuhi atau melebihi spesifikasi aplikasi komunikasi hari ini .