在高速电路规划中，我国规划工程师一般不是特别了解连接器的互感特性在改善信号完好性规划中的效果，本文将评论连接器规划和挑选中最难处理的问题：并发开关噪声，而且提醒并发开关噪声对高功能体系中运用的连接器和封装规范目标的影响。
人们总是以为体系中一切的作业都是由IC来完结的，当然也包括相应的软件。而类似于IC封装、电路板、连接器、电缆以及其它的离散元器材等无源器材只会下降体系功能，扩展体系尺度和添加体系本钱。所以，体系中互连以及元器材的挑选和规划实践上便是将这些成分对体系形成的影响降到最低。因而大多数的IC 规划师一般将体系中不连接的一切部分(这一般是PCB规划师所触及的内容)归结为寄生成分这样一个抽象的领域。
四种最主要的高速电路问题
挑选IC器材时，除了挑选适宜的元器材以外，后续的电路板布局布线作业还要契合下列规划规矩：
1. 受控阻抗的PCB线;
2.分支线上的信号延时小于最快信号上升时刻的20%;
3. 不接连性时刻延时小于最快信号上升时刻的20%;
4.相邻PCB线具有满意的距离，确保信号串扰控制在能够承受的电平上;
5. 合理的PCB分层规划确保相邻的电源和地平面层之间的介质很薄;
6.每一个信号线下面都有接连的信号回来途径。
即使PCB的布局布线做得十分好，作业依然没有那么简略。高功能体系中的每一个成分都需求优化，确保契合整个体系在本钱、功能和开发进度等方面的要求。高功能的体系规划是一个环环相扣的链，每一个环节都有必要契合要求，方能确保整个体系契合产品功能规范。
体系中的其它要素将怎么影响体系功能?或许的问题一般能够归结为两种类型：时序问题和噪声问题。信号完好性既包括时序问题也包括噪声问题，但是噪声问题更显杰出。
互连和元器材导致的信号完好性问题的四种类型：
1. 单根网络的信号质量;
2. 两根或许更多网络之间的信号串扰;
3. 电源散布体系中的噪声;
4. 体系中元器材对外的电磁辐射。
除非特别重视，而且项目一开端就着手考虑了这些问题，不然上述四种类型的问题就会呈现在高速产品中。本文将评论连接器(也包括IC封装)的规划和挑选中最难处理的问题：并发开关噪声(simultaneously switchingnoise)，而且提醒并发开关噪声对高功能体系中运用的连接器和封装规范目标的影响。并发开关噪声
对连接器和IC封装来说，开关噪声方面的高速功能要求是最难满意的。开关噪声归于信号串扰，主要是由于连接器和IC封装中相邻环路(由信号与回来途径构成)之间的互感导致的。要使开关噪声起伏最小，有必要确保相邻的信号途径环路之间的互感小于一个答应的最大值。
丈量BGA封装中的并发开关噪声。
当信号经过连接器或许IC封装传达时，信号的波前(信号波形中跳变的成分)经过信号管脚构成一个电流环路，就会耦合而且回来到信号的回来管脚上。每一个信号和对应的回来途径都能够构成一个类似的环路。在任何两个信号及其回来途径构成的环路之间都存在一个环路互感。
一个环路中的电流发生改变时，就会在别的一个停止(信号电流没有改变)的环路中感应出信号噪声。而当多个改变的信号线并发开关时，经过互感耦合到停止环路的噪声就会相互累计，因而称为“并发开关噪声”。图2所示为五个数据线并发开关时丈量到的一个停止信号线上的并发开关噪声。在这个实例里，停止信号线上的噪声是由该停止环路与一切五个改变的环路之间的互感而形成的。
互感的核算
选用简略的模型能够很方便地预算出两个信号环路之间答应的最大互感值。进一步评论怎么核算实践连接器中相邻环路之间的互感。
当信号经过连接器的一个管脚对时，在改变的信号通路上，信号的波前处会呈现信号电流的忽然改变。改变的电流会导致电压噪声而且感应到相邻的停止信号环路上，这种感应是由于两个环路之间存在的互感引起的。这种停止信号线上感应出来的噪声称之为开关噪声，这是由于这种噪声只要当电压或许电流处于开关状况时才会呈现。
在停止环路中感应出的电压噪声能够近似为：
表达式各项的含义为：Vn，停止环路中的噪声;Lab，改变环路和停止环路之间的互感;△Ia，改变环路中的电流改变;Za，在改变环路与停止环路的视在阻抗;Va，改变环路中的信号电压;△t是信号的上升时刻，标明电流开关的快慢。
挑选连接器或许IC封装仅有能够影响的便是环路之间的互感，而环路中信号视在阻抗一般都在50欧姆左右，该阻抗值与上升时刻及信号电压相同都是体系规范的一部分。
答应的开关噪声起伏取决于噪声分配。开关噪声一般应该小于信号摆幅的5%到10%，当然噪声的分配也取决于工程师的规划技巧，以及由谁来担任挑选连接器或许IC封装。优异的信号完好性工程师的谈判代表十分清楚：要找到一个具有满意低互感的连接器或封装将是多么的困难，所以他会尽或许地争夺一个更宽松的互感目标，这样做的成果必然导致体系中其它部分的规范愈加严厉。
首要能够运用如下的值来开端这种预算：
首要能够运用如下的值来开端这种预算：Vn/Va =5%，Za=50欧姆，t=0.5ns，由上述公式可核算出答应的最大互感值是1.2n
连接器管脚的三维实体模型
确认上述运用假定条件后，就相当于对连接器或封装的信号途径之间答应的互感值施加了约束条件。当然，在时刻、本钱费用以及产品危险之间权衡而且施行资源分配之前，优异的规划工程师应该运用愈加完善而全面的体系级仿真来调查终究多大的互感能够确保规划成功，而且不会对体系形成过多的担负。因而，上面的预算只是是一个开始的预期值
事实上，上述预算过高地估量了答应的互感值，这是由于假定停止信号线上的噪声只是是由一根相邻的改变信号途径的信号改变形成的。实践的状况下，一般或许有多个信号途径并发改变，其间每一个开关的信号途径都会对停止信号线发生并发开关噪声。依据连接器的规划，信号管脚之间实践答应的互感值一般只要上面预算值的一半到五分之一左右。
连接器管脚对之间或封装引线对之间的互感值为1.2nH是不是太大?咱们来看一个详细的实例，就会发现1.2nH实践上是一个很小的值，而关于实践的连接器或封装需求做许多艰苦的作业才有或许减小该数值。
提取连接器的环路互感
在一般2mm距离的连接器模块，这种连接器典型的管脚长度大约是25mm左右。如图3所示，评价互感的值，能够将连接器实践的物理规划转换为保存导体一切几许特性的三维实体模型。
选用三维场提取东西从导体的实体模型中提取出部分的电感矩阵。有关连接器电感特性方面的问题都包括在这一个电感矩阵中。矩阵对角线上的元素是其部分自感，而不在对角线上的元素则是每管脚对之间的部分互感。
20个管脚的连接器的完好电感矩阵如图4所示。部分电感的概念在剖析连接器和IC封装的电气功能方面十分有用。一个信号与另一个相邻的信号之间共用同一个回来途径的状况很常见。管脚对1和2是改变的环路(信号会发生跳变)，而管脚对2和3则是停止的环路(信号不发生改变)。
这两个途径之间的互感为：LAB=(L31-L32)+(L22- L21)-L22
连接器中的一切20个管脚的部分互感矩阵
从场提取东西发生的表格中，能够找到该连接器的下述电感值：
L31=7.9nH
L32=10.9nH
L21=10.9nH
L22=19.9nH
L41=6.3nH
L42=7.9nH
依据上述数值能够核算出互感值是6nH。这便是共用同一个回来途径的两个信号途径之间的互感值。与开始预算的1.2nH比较，6nH太大。假如运用在这样的规划环境下，能够必定该连接器不能正常作业。
当然，假如有满意的理由的确要在规划中运用这种连接器，一种办法是确保每一个信号都有各自独立的回来途径。在这种状况下，一个环路运用管脚1和2，而另一个环路则运用管脚3和4。两个环路之间的互感如下核算：LAB =(L31-L32)+(L42-L41)
这样核算出来的互感值是1.4nH。可见只是经过为每一个信号供给各自独立的信号回来途径，就能够将开关噪声削减四倍。考虑到其它信号途径信号一起改变的或许性，能够看到即使是1.4nH这么小的值依然会发生3到5倍这么大的开关噪声。
现在现已十分清楚，对高速规划而言，惯例的连接器依照惯例的用法明显不能满意要求。任何或许下降管脚对之间互感的可行办法都应该考虑。
减小互感
原则上能够采纳两种办法来削减连接器的互感。
1. 要确保尽或许短的途径。Packard-Hughes公司的Gold Dot连接器、Thomas和Betts公司的Metal Particle Interconnect(MPI)连接器便是选用了这种关键技能。而Tessera公司推出的CSP器材封装的一个重要特征便是具有十分短的引线长度。
在这些技能中总的引线长度能够缩短到1mm。只是引线长度一项就能够将上面实例中相邻信号和回来途径环路之间的互感减小为上述电感数值的二十分之一。
2. 要下降每一个信号与对应的回来途径的特征阻抗。环路之间的互感与最小环路的自感成份额，减小一个管脚对的环路自感就等所以下降信号通路的特征阻抗。
SamTec公司的连接器就选用了这样的技能，这种连接器选用又宽又短的引线作为回来途径。因而，器材封装向选用内部回来途径层的BGA封装搬运，或许从单层金属的TBGA向双层金属的TBGA封装搬运。
从上面的实例中能够看出，信号和回来途径管脚的分配相同也能影响终究的信号途径之间的互感。关于一个确认的连接器来说，管脚的挑选能够用来优化体系的功能。但是假如具有满意的管脚做愈加灵敏的信号和回来途径分配，那么体系规划工程师一般总会挑选分配更多的信号管脚。
对连接器厂商供给参数的评价
假定现已对电路板规划进行了优化，而且现已预算出相邻信号环路之间答应的最大互感值，那么，要告知元器材厂商：所需求的连接器有必要确保相邻信号环路之间的互感值小于1nH。
连接器厂商和IC封装厂商一般都在机械工程和出产制作方面十分精深，但不是特别了解有关的电气特性，乃至或许并不知道他们应该供给连接器的互感特征。有的时分，这些器材厂商也供给管脚对之间的串扰电压信息。正如前面所看到的那样，这些值跟信号的上升时刻、阻抗以及信号和回来途径对的分配都有很大联系。假如厂商给出特别状况下的值与你的详细运用要求不相同的话，该怎么评价这些值?
用户总是自动去获取所需求的精确信息，即信号与回来途径环路之间的互感。而且应该向元器材厂商明确提出这是十分重要的一个规划目标，假如元器材厂商不供给这些信息的话，你就不能够评价厂商供给的元器材能否在你的规划运用中正常作业?
假如厂商供给了这些目标，也能够进一步地查明厂商是怎么取得这些参数的：是经过丈量仍是经过核算?假如是经过丈量办法取得的话，厂商是否选用了业界规范的丈量流程?假如是经过核算取得的，这些值的取得是否是一种近似(就好像一切的核算公式相同)?它是否经过场提取办法取得?厂商是否供给任何的支撑文档资料来证明他们的建模进程契合实践的状况而且同出产制作的元器材功能相吻合?假如厂商不能供给这些信息，应该主张该厂商选用独立的实验室服务或许是参谋服务来协助他们供给这些信息。
在最终的剖析中，要挑选那些不只能够供给契合你规划体系要求的功能目标，一起也能够给你决心确保在你的体系中能够一次性成功的连接器厂商。产品合格与资料齐全、精确详实相同重要。
