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解析高頻電子連接器技術(shù)與趨勢(shì) - 無圖版
AAAA --- 2007-04-04 12:59:47
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高頻電子連接器為所有用在電子訊號(hào)和電源上的連接元件及附屬配件，其主要功能為傳輸訊號(hào)，在整個(gè)電子系統(tǒng)中，為一典型的電子配件。近來它的演進(jìn)與發(fā)展更是與電腦CUP關(guān)係密不可分，本文將介紹高頻電子連接器在業(yè)界的運(yùn)用面、其信號(hào)傳輸方式及高頻傳輸特性的分析與趨勢(shì)。
電子連接器（electrical connector）是泛指所有用在電子訊號(hào)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。從電子購(gòu)裝的觀點(diǎn)上來看，連接器是互相連接（interconnection）部份可離合或是替換的元件，換言之是所有訊號(hào)間的橋樑，因此連接器的性質(zhì)將會(huì)牽動(dòng)整個(gè)電子系統(tǒng)的運(yùn)作品質(zhì)。
電子連接器主要的功能為完整且正確的傳輸訊號(hào)，所以在整個(gè)電子系統(tǒng)中，電子連接器是一個(gè)典型的被動(dòng)元件，它的發(fā)展與演進(jìn)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Pentium III 500MHz至最近的Pentium 4 3.06GHz，連帶地提升主機(jī)板與電腦週邊的電子信號(hào)傳輸速度，因此擔(dān)任電子信號(hào)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(gè)重要的議題。
常見高頻連接器應(yīng)用
近幾年來由於多媒體影音的快速蓬勃發(fā)展，更突顯傳輸信號(hào)的重要性，以下介紹目前業(yè)界最常使用的高頻連接器應(yīng)用，如(圖一)、(圖二)、(圖三)、(圖四)所示：
《圖一 USB與Mini-USB》
《圖二 IEEE-1394》
《圖三 DVI（Digital visual interface）》
《圖四 HDMI（High Definition Multimedia Interface）》
信號(hào)傳輸方式及高頻傳輸特性
要了解且進(jìn)而去設(shè)計(jì)一個(gè)好的高頻電子連接器，就必須從信號(hào)的傳輸方式及高頻傳輸?shù)奶匦灾制穑盘?hào)的傳輸方式，可分為兩種：一為單端信號(hào)（single-ended），如(圖五)左圖所示；另一為差動(dòng)信號(hào)（differential mode signal）如(圖五)右圖所示。
《圖五 單端信號(hào)與差動(dòng)信號(hào)圖》
所謂的單端信號(hào)，即是在驅(qū)動(dòng)器和接收器中，一個(gè)信號(hào)的傳輸僅需要一個(gè)導(dǎo)體（端子Pin）。差動(dòng)信號(hào)的傳輸則是在驅(qū)動(dòng)器和接收器中，需要兩個(gè)完全相同並且匹配的導(dǎo)體，在這兩個(gè)導(dǎo)體上所傳輸?shù)男盘?hào)為兩互補(bǔ)的信號(hào)，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(gè)信號(hào)。基於該分析可了解為何在高頻傳輸中會(huì)選用差動(dòng)信號(hào)（differential mode signal）。以下針對(duì)這兩種傳輪輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)做一說明，如(表一)、(表二)所示。
(表一) 單端信號(hào)優(yōu)缺點(diǎn)比較表 單端信號(hào)（single Ended）
(表二) 差動(dòng)信號(hào)優(yōu)缺點(diǎn)比較表 差動(dòng)信號(hào)（differential mode signal）
由於電子連接器為一被動(dòng)元件，它的主要功能為將信號(hào)完整的由IC傳至Device及傳回IC，而所謂信號(hào)完整定義為信號(hào)在電路中能以要求的時(shí)序和電壓做出響應(yīng)的能力，也就是判斷數(shù)位訊號(hào)是0或是1。當(dāng)電路中信號(hào)能以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC，該電路就有很好的信號(hào)完整性；反之，就出現(xiàn)信號(hào)完整性的問題，IC就可能誤判或丟失部份數(shù)據(jù)。
在基本的電路學(xué)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，主要是因?yàn)樵陔娐穼W(xué)中，元件大小遠(yuǎn)小於信號(hào)的波長(zhǎng)，由於波長(zhǎng)遠(yuǎn)大於元件尺寸時(shí)，信號(hào)通過元件後電壓電流的相位差可以忽略不計(jì)，則此時(shí)的元件視為集總元件（lumped element），換句話說，當(dāng)工作頻率在微波頻段中時(shí)，元件的尺寸與波長(zhǎng)大小差不多，則信號(hào)通過元件後的電壓電流位差異很可能有大的差異，則此時(shí)的元件為散佈元件（distributed element）。
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(圖六)所示。由圖六中的推論可得若電子連機(jī)器長(zhǎng)度大於mm，則必須視為散佈元件（distributed element），在此狀況下就要考慮高頻效應(yīng)的影響。
《圖六 Length of the Rising Edge（L）（electrical Length）推論過程 》
＜圖註:狀況下就要考慮高頻效應(yīng)的影響。實(shí)例說明:USB連接器長(zhǎng)度約為33mm，USB 1.1最快傳輸速度為12Mbps，上升時(shí)間（rise Time）為20ns＞
高頻問題之探討
目前各種電腦及通訊設(shè)備日益輕、薄、短、小，電子連接器內(nèi)部之端子與線路愈來愈細(xì)密，使得高頻的問題更加嚴(yán)重，如：匹配阻抗（impedance）、串音雜訊（cross talk）、傳遞延遲（propagation delay）、衰減（attenuation）、偏移（skew）及上升時(shí)間衰減（rise time degradation）等。
匹配阻抗（impedance）
電阻是所謂的集總元件（lumped element），是實(shí)數(shù)（real number）只會(huì)造成信號(hào)的衰減；而阻抗是針對(duì)分佈元件（distributed element）所定義的（傳輸線原理），為複數(shù)（complex number）也就是在高頻時(shí)因?yàn)橄鄬?duì)應(yīng)的波長(zhǎng)短，已不再是之前波長(zhǎng)遠(yuǎn)大於元件尺寸，而是波長(zhǎng)和元件尺寸差不多或是小於，於是就有阻抗的定義出現(xiàn)。
何謂較好的阻抗？好的阻抗即為阻抗匹配（impedance match），假若連接器所運(yùn)用在的系統(tǒng)100ohm，此時(shí)若連接器設(shè)計(jì)到都是100ohm時(shí)，則是阻抗匹配，若不是100ohm時(shí)，就是所謂的阻抗不匹配，阻抗不匹配會(huì)形成何影響？
假若阻抗不匹配時(shí)，會(huì)造成信號(hào)傳輸?shù)竭B接器時(shí)，因?yàn)檫B接器所做的阻抗不是100ohm（或是規(guī)範(fàn)定義的值），造成信號(hào)呈現(xiàn)反射，形成信號(hào)的衰減；然而連接器主要的功能就是傳送信號(hào)，並保持信號(hào)的完整性，所以連接器造成信號(hào)的反射愈少愈好。
換言之，所謂阻抗匹配是讓信號(hào)傳輸?shù)沫h(huán)境相同，這樣就不會(huì)有反射的出現(xiàn)，用甩繩子實(shí)驗(yàn)當(dāng)例子，若前端是細(xì)繩（假設(shè)低阻抗）後面接粗繩（假設(shè)高阻抗），甩動(dòng)細(xì)繩時(shí)會(huì)有波浪，傳到粗繩時(shí)因?yàn)樽杩沟牟黄ヅ洌▊鬏數(shù)沫h(huán)境改變），就會(huì)有反射的產(chǎn)生，而高速連接器的規(guī)範(fàn)中所定義的阻抗值都有一個(gè)範(fàn)圍，例如DVI其阻抗的定義範(fàn)圍是在上升時(shí)間330ps下量測(cè)，其值必須為100正負(fù)15ohm之內(nèi)，就符合規(guī)範(fàn)定義的值，因?yàn)槲覀兊亩俗咏Y(jié)構(gòu)較複雜，並不是均勻一致，有彎角和導(dǎo)刺或是寬度的改變，都會(huì)造成阻抗的不一致，所以規(guī)範(fàn)都會(huì)定義阻抗值在一個(gè)範(fàn)圍內(nèi)。
串音雜訊（cross talk）
串音雜訊（cross talk）是由動(dòng)態(tài)信號(hào)（或時(shí)變電壓電流）所產(chǎn)生的電磁波對(duì)鄰近的信號(hào)線造成的干擾，在高頻的時(shí)侯，此種現(xiàn)象將會(huì)更加嚴(yán)重，在兩信號(hào)線間的串音雜訊是依據(jù)其之間的互容和互感值。一般來說，在數(shù)位問題中電感機(jī)制所產(chǎn)生的串音雜訊問題會(huì)較電容機(jī)制所產(chǎn)生的嚴(yán)重許多，而串音雜訊又可分成遠(yuǎn)端雜訊（又稱forward cross talk）和近端雜訊（backward cross talk）兩種形式，此兩種狀況皆會(huì)影響信號(hào)的完整性，使得信號(hào)接受端無法接受正確的信號(hào)，而可能導(dǎo)致IC的誤判。最常見的串音雜訊是在兩人通電話時(shí)，可無意間聽到他人聲音出現(xiàn)，這是最典型的串音雜訊。
傳遞延遲（propagation delay）
電子信號(hào)在導(dǎo)體內(nèi)的傳遞速度是依據(jù)其週遭的環(huán)境來決定，在傳輸線中的傳遞速度
《公式一》
所需要的時(shí)間稱為傳遞延遲（propagation delay），因此傳遞延遲為波傳速度的倒數(shù)，因?yàn)閭鬟f速度和等效介電常數(shù)的平方根成反比，所以傳遞延遲和等效介電常數(shù)的平方根成正比，也就是等效介電常數(shù)愈大其傳遞延遲也愈長(zhǎng)。
衰減（attenuation）
衰減是指平均功率（average power）的傳輸經(jīng)由待測(cè)物（連接器）的輸入端到輸出端所產(chǎn)生的損失稱為衰減，通常是以dB值來測(cè)量，而通常會(huì)造成衰減的因素有下列幾項(xiàng)：
(1)導(dǎo)體的損失（copper Loss）：電阻所導(dǎo)致功率的損失，所以要減少電阻所造成的損失。
(2)反射損失（reflection loss）：傳輸路徑中不連續(xù)處的阻抗不匹配所造成的損失。
(3)介電損失（dielectric loss）：介電材料性質(zhì)，由於介電質(zhì)材料具有很大但不是無限大的電阻，因此會(huì)造成一些功率的損失，為頻率和傳輸距離的函數(shù)，頻率愈高或距離愈長(zhǎng)介電損失愈嚴(yán)重。
(4)輻射損失（radiation loss）：在高頻的時(shí)侯有較多的電磁波能量輻射出去。
偏移（skew）
偏移是為了確保一對(duì)差動(dòng)信號(hào)經(jīng)過連接器一對(duì)端子後，可以保持能接受的差動(dòng)不平衡，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)連接器時(shí)，同一對(duì)差動(dòng)信號(hào)的端子其長(zhǎng)度要設(shè)計(jì)成等長(zhǎng)，以避免偏移（skew）的產(chǎn)生，確保差動(dòng)的平衡。
上升時(shí)間衰減（rise time degradation）
脈衝信號(hào)上升時(shí)間的衰減主要是因?yàn)檠刂鴤鬏敪h(huán)境中不連續(xù)性所造成，諸如系統(tǒng)加入連接器、電纜，以及pads等，所以在設(shè)計(jì)連接器時(shí)，假若上升時(shí)間衰減比規(guī)範(fàn)定義來的大，此時(shí)必須減少上升時(shí)間的衰減。
電氣訊號(hào)分析流程及結(jié)果
除了上述幾個(gè)重點(diǎn)外，還有一個(gè)值得探討的問題，那就是EMC的問題，在所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中。EMI有兩條途徑離開或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是藉由外殼的縫、槽、開孔或其他缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則藉由耦合到電源、信號(hào)和控制線上離開外殼，在開放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。很多EMI抑制都採(cǎi)用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)侯下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助於實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽過濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。
在根據(jù)上述的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出電子連接器後，為確保設(shè)計(jì)出的連接器能符合高頻特性的要求及縮短TRY AND ERROR的時(shí)間，有一項(xiàng)必須的工作－模擬分析；以下為電氣訊號(hào)分析之流程及結(jié)果：如(圖七)、圖(八)、圖(九)、圖(十)、圖(十一)、圖(十二)所示：
電氣訊號(hào)分析流程
《圖七 電氣訊號(hào)分析流程》
《圖八 建構(gòu)3D模組 》
《圖九 獲得R、L、C等效電路》
阻抗及串音之分析結(jié)果
《圖十 阻抗（impedance）》
《圖十一 近端串音（Near end crosstalk）》
《圖十二 遠(yuǎn)端串音（Far end crosstalk）》
＜註解:工程師可藉由分析的結(jié)果來做初步判斷，判斷目前所使用的材料、尺寸或外觀，是否能符合需求，藉由分析找出最佳化的設(shè)計(jì)。
資料來源:（資料來源：工研院）＞
在工程師經(jīng)過這一連串的設(shè)計(jì)、分析、確認(rèn)並製造完成後，必須針對(duì)連接器做一連串的驗(yàn)證，以了解以上電子連接器是否符合需求，在高頻的驗(yàn)證部份為了將電子連接器與高頻測(cè)試儀器連接，必須設(shè)計(jì)與製作具有良好性質(zhì)的測(cè)試板，一個(gè)好的測(cè)試板設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備，不僅是量測(cè)步驟的第一步，而且是高速量測(cè)中最重要的一環(huán)，通常此測(cè)試板是利用雙面印刷電路板（PCB）來製造，一般的PCB是具有一盎司的銅箔厚度，因此厚度約為1.37mil（或0.034mm），介電質(zhì)材料為FR4，其介電係數(shù)約為4.5，利用具有這樣性質(zhì)PCB來製造微帶線（microstrip line）形式的傳輸線作為測(cè)試板，並且控制此微帶線的特性阻抗值，以及針對(duì)連接器端子的配置來設(shè)計(jì)via holes和soldering pads，最後再焊上SMA接頭，以便接上時(shí)域反射儀做量測(cè)。
未來因?yàn)殡娮舆B接器的頻率愈來愈高，因此作為測(cè)試治具測(cè)試板的設(shè)計(jì)與製作也需隨之進(jìn)步。作為基材（substrate）所選用的材料、信號(hào)線的佈局與尺寸的設(shè)計(jì)，都必須要不斷的開發(fā)，目前作為高頻連接器的測(cè)試板皆朝向多層板的設(shè)計(jì)，以達(dá)到高頻特性需求。
面對(duì)不同的連接器時(shí)，測(cè)試板必須依據(jù)連接器其結(jié)構(gòu)與尺寸來設(shè)計(jì)，不同的連接器必須設(shè)計(jì)不同的測(cè)試板。
結(jié)語(yǔ)
由於信號(hào)傳輸?shù)念l率不斷地提高，相對(duì)地突顯出連接器製造商其機(jī)電整合能力的重要性，在以前低頻的時(shí)代，連接器製造商只要有機(jī)械背景的工程師便可開發(fā)出連接器，而今非但要有專業(yè)的機(jī)構(gòu)工程做為基礎(chǔ)，同時(shí)再加上電子工程師配合才能做出符合Time to Market的電子連接器。
電子連接器（electrical connector）是泛指所有用在電子訊號(hào)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。從電子購(gòu)裝的觀點(diǎn)上來看，連接器是互相連接（interconnection）部份可離合或是替換的元件，換言之是所有訊號(hào)間的橋樑，因此連接器的性質(zhì)將會(huì)牽動(dòng)整個(gè)電子系統(tǒng)的運(yùn)作品質(zhì)。
電子連接器主要的功能為完整且正確的傳輸訊號(hào)，所以在整個(gè)電子系統(tǒng)中，電子連接器是一個(gè)典型的被動(dòng)元件，它的發(fā)展與演進(jìn)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Pentium III 500MHz至最近的Pentium 4 3.06GHz，連帶地提升主機(jī)板與電腦週邊的電子信號(hào)傳輸速度，因此擔(dān)任電子信號(hào)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(gè)重要的議題。
常見高頻連接器應(yīng)用
近幾年來由於多媒體影音的快速蓬勃發(fā)展，更突顯傳輸信號(hào)的重要性，以下介紹目前業(yè)界最常使用的高頻連接器應(yīng)用，如(圖一)、(圖二)、(圖三)、(圖四)所示：
《圖一 USB與Mini-USB》
《圖二 IEEE-1394》
《圖三 DVI（Digital visual interface）》
《圖四 HDMI（High Definition Multimedia Interface）》
信號(hào)傳輸方式及高頻傳輸特性
要了解且進(jìn)而去設(shè)計(jì)一個(gè)好的高頻電子連接器，就必須從信號(hào)的傳輸方式及高頻傳輸?shù)奶匦灾制穑盘?hào)的傳輸方式，可分為兩種：一為單端信號(hào)（single-ended），如(圖五)左圖所示；另一為差動(dòng)信號(hào)（differential mode signal）如(圖五)右圖所示。
《圖五 單端信號(hào)與差動(dòng)信號(hào)圖》
所謂的單端信號(hào)，即是在驅(qū)動(dòng)器和接收器中，一個(gè)信號(hào)的傳輸僅需要一個(gè)導(dǎo)體（端子Pin）。差動(dòng)信號(hào)的傳輸則是在驅(qū)動(dòng)器和接收器中，需要兩個(gè)完全相同並且匹配的導(dǎo)體，在這兩個(gè)導(dǎo)體上所傳輸?shù)男盘?hào)為兩互補(bǔ)的信號(hào)，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(gè)信號(hào)。基於該分析可了解為何在高頻傳輸中會(huì)選用差動(dòng)信號(hào)（differential mode signal）。以下針對(duì)這兩種傳輪輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)做一說明，如(表一)、(表二)所示。
(表一) 單端信號(hào)優(yōu)缺點(diǎn)比較表 單端信號(hào)（single Ended）
(表二) 差動(dòng)信號(hào)優(yōu)缺點(diǎn)比較表 差動(dòng)信號(hào)（differential mode signal）
由於電子連接器為一被動(dòng)元件，它的主要功能為將信號(hào)完整的由IC傳至Device及傳回IC，而所謂信號(hào)完整定義為信號(hào)在電路中能以要求的時(shí)序和電壓做出響應(yīng)的能力，也就是判斷數(shù)位訊號(hào)是0或是1。當(dāng)電路中信號(hào)能以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC，該電路就有很好的信號(hào)完整性；反之，就出現(xiàn)信號(hào)完整性的問題，IC就可能誤判或丟失部份數(shù)據(jù)。
在基本的電路學(xué)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，主要是因?yàn)樵陔娐穼W(xué)中，元件大小遠(yuǎn)小於信號(hào)的波長(zhǎng)，由於波長(zhǎng)遠(yuǎn)大於元件尺寸時(shí)，信號(hào)通過元件後電壓電流的相位差可以忽略不計(jì)，則此時(shí)的元件視為集總元件（lumped element），換句話說，當(dāng)工作頻率在微波頻段中時(shí)，元件的尺寸與波長(zhǎng)大小差不多，則信號(hào)通過元件後的電壓電流位差異很可能有大的差異，則此時(shí)的元件為散佈元件（distributed element）。
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(圖六)所示。由圖六中的推論可得若電子連機(jī)器長(zhǎng)度大於mm，則必須視為散佈元件（distributed element），在此狀況下就要考慮高頻效應(yīng)的影響。
《圖六 Length of the Rising Edge（L）（electrical Length）推論過程 》
＜圖註:狀況下就要考慮高頻效應(yīng)的影響。實(shí)例說明:USB連接器長(zhǎng)度約為33mm，USB 1.1最快傳輸速度為12Mbps，上升時(shí)間（rise Time）為20ns＞
高頻問題之探討
目前各種電腦及通訊設(shè)備日益輕、薄、短、小，電子連接器內(nèi)部之端子與線路愈來愈細(xì)密，使得高頻的問題更加嚴(yán)重，如：匹配阻抗（impedance）、串音雜訊（cross talk）、傳遞延遲（propagation delay）、衰減（attenuation）、偏移（skew）及上升時(shí)間衰減（rise time degradation）等。
匹配阻抗（impedance）
電阻是所謂的集總元件（lumped element），是實(shí)數(shù)（real number）只會(huì)造成信號(hào)的衰減；而阻抗是針對(duì)分佈元件（distributed element）所定義的（傳輸線原理），為複數(shù)（complex number）也就是在高頻時(shí)因?yàn)橄鄬?duì)應(yīng)的波長(zhǎng)短，已不再是之前波長(zhǎng)遠(yuǎn)大於元件尺寸，而是波長(zhǎng)和元件尺寸差不多或是小於，於是就有阻抗的定義出現(xiàn)。
何謂較好的阻抗？好的阻抗即為阻抗匹配（impedance match），假若連接器所運(yùn)用在的系統(tǒng)100ohm，此時(shí)若連接器設(shè)計(jì)到都是100ohm時(shí)，則是阻抗匹配，若不是100ohm時(shí)，就是所謂的阻抗不匹配，阻抗不匹配會(huì)形成何影響？
假若阻抗不匹配時(shí)，會(huì)造成信號(hào)傳輸?shù)竭B接器時(shí)，因?yàn)檫B接器所做的阻抗不是100ohm（或是規(guī)範(fàn)定義的值），造成信號(hào)呈現(xiàn)反射，形成信號(hào)的衰減；然而連接器主要的功能就是傳送信號(hào)，並保持信號(hào)的完整性，所以連接器造成信號(hào)的反射愈少愈好。
換言之，所謂阻抗匹配是讓信號(hào)傳輸?shù)沫h(huán)境相同，這樣就不會(huì)有反射的出現(xiàn)，用甩繩子實(shí)驗(yàn)當(dāng)例子，若前端是細(xì)繩（假設(shè)低阻抗）後面接粗繩（假設(shè)高阻抗），甩動(dòng)細(xì)繩時(shí)會(huì)有波浪，傳到粗繩時(shí)因?yàn)樽杩沟牟黄ヅ洌▊鬏數(shù)沫h(huán)境改變），就會(huì)有反射的產(chǎn)生，而高速連接器的規(guī)範(fàn)中所定義的阻抗值都有一個(gè)範(fàn)圍，例如DVI其阻抗的定義範(fàn)圍是在上升時(shí)間330ps下量測(cè)，其值必須為100正負(fù)15ohm之內(nèi)，就符合規(guī)範(fàn)定義的值，因?yàn)槲覀兊亩俗咏Y(jié)構(gòu)較複雜，並不是均勻一致，有彎角和導(dǎo)刺或是寬度的改變，都會(huì)造成阻抗的不一致，所以規(guī)範(fàn)都會(huì)定義阻抗值在一個(gè)範(fàn)圍內(nèi)。
串音雜訊（cross talk）
串音雜訊（cross talk）是由動(dòng)態(tài)信號(hào)（或時(shí)變電壓電流）所產(chǎn)生的電磁波對(duì)鄰近的信號(hào)線造成的干擾，在高頻的時(shí)侯，此種現(xiàn)象將會(huì)更加嚴(yán)重，在兩信號(hào)線間的串音雜訊是依據(jù)其之間的互容和互感值。一般來說，在數(shù)位問題中電感機(jī)制所產(chǎn)生的串音雜訊問題會(huì)較電容機(jī)制所產(chǎn)生的嚴(yán)重許多，而串音雜訊又可分成遠(yuǎn)端雜訊（又稱forward cross talk）和近端雜訊（backward cross talk）兩種形式，此兩種狀況皆會(huì)影響信號(hào)的完整性，使得信號(hào)接受端無法接受正確的信號(hào)，而可能導(dǎo)致IC的誤判。最常見的串音雜訊是在兩人通電話時(shí)，可無意間聽到他人聲音出現(xiàn)，這是最典型的串音雜訊。
傳遞延遲（propagation delay）
電子信號(hào)在導(dǎo)體內(nèi)的傳遞速度是依據(jù)其週遭的環(huán)境來決定，在傳輸線中的傳遞速度
《公式一》
所需要的時(shí)間稱為傳遞延遲（propagation delay），因此傳遞延遲為波傳速度的倒數(shù)，因?yàn)閭鬟f速度和等效介電常數(shù)的平方根成反比，所以傳遞延遲和等效介電常數(shù)的平方根成正比，也就是等效介電常數(shù)愈大其傳遞延遲也愈長(zhǎng)。
衰減（attenuation）
衰減是指平均功率（average power）的傳輸經(jīng)由待測(cè)物（連接器）的輸入端到輸出端所產(chǎn)生的損失稱為衰減，通常是以dB值來測(cè)量，而通常會(huì)造成衰減的因素有下列幾項(xiàng)：
(1)導(dǎo)體的損失（copper Loss）：電阻所導(dǎo)致功率的損失，所以要減少電阻所造成的損失。
(2)反射損失（reflection loss）：傳輸路徑中不連續(xù)處的阻抗不匹配所造成的損失。
(3)介電損失（dielectric loss）：介電材料性質(zhì)，由於介電質(zhì)材料具有很大但不是無限大的電阻，因此會(huì)造成一些功率的損失，為頻率和傳輸距離的函數(shù)，頻率愈高或距離愈長(zhǎng)介電損失愈嚴(yán)重。
(4)輻射損失（radiation loss）：在高頻的時(shí)侯有較多的電磁波能量輻射出去。
偏移（skew）
偏移是為了確保一對(duì)差動(dòng)信號(hào)經(jīng)過連接器一對(duì)端子後，可以保持能接受的差動(dòng)不平衡，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)連接器時(shí)，同一對(duì)差動(dòng)信號(hào)的端子其長(zhǎng)度要設(shè)計(jì)成等長(zhǎng)，以避免偏移（skew）的產(chǎn)生，確保差動(dòng)的平衡。
上升時(shí)間衰減（rise time degradation）
脈衝信號(hào)上升時(shí)間的衰減主要是因?yàn)檠刂鴤鬏敪h(huán)境中不連續(xù)性所造成，諸如系統(tǒng)加入連接器、電纜，以及pads等，所以在設(shè)計(jì)連接器時(shí)，假若上升時(shí)間衰減比規(guī)範(fàn)定義來的大，此時(shí)必須減少上升時(shí)間的衰減。
電氣訊號(hào)分析流程及結(jié)果
除了上述幾個(gè)重點(diǎn)外，還有一個(gè)值得探討的問題，那就是EMC的問題，在所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中。EMI有兩條途徑離開或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是藉由外殼的縫、槽、開孔或其他缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則藉由耦合到電源、信號(hào)和控制線上離開外殼，在開放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。很多EMI抑制都採(cǎi)用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)侯下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助於實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽過濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。
在根據(jù)上述的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出電子連接器後，為確保設(shè)計(jì)出的連接器能符合高頻特性的要求及縮短TRY AND ERROR的時(shí)間，有一項(xiàng)必須的工作－模擬分析；以下為電氣訊號(hào)分析之流程及結(jié)果：如(圖七)、圖(八)、圖(九)、圖(十)、圖(十一)、圖(十二)所示：
電氣訊號(hào)分析流程
《圖七 電氣訊號(hào)分析流程》
《圖八 建構(gòu)3D模組 》
《圖九 獲得R、L、C等效電路》
阻抗及串音之分析結(jié)果
《圖十 阻抗（impedance）》
《圖十一 近端串音（Near end crosstalk）》
《圖十二 遠(yuǎn)端串音（Far end crosstalk）》
＜註解:工程師可藉由分析的結(jié)果來做初步判斷，判斷目前所使用的材料、尺寸或外觀，是否能符合需求，藉由分析找出最佳化的設(shè)計(jì)。
資料來源:（資料來源：工研院）＞
在工程師經(jīng)過這一連串的設(shè)計(jì)、分析、確認(rèn)並製造完成後，必須針對(duì)連接器做一連串的驗(yàn)證，以了解以上電子連接器是否符合需求，在高頻的驗(yàn)證部份為了將電子連接器與高頻測(cè)試儀器連接，必須設(shè)計(jì)與製作具有良好性質(zhì)的測(cè)試板，一個(gè)好的測(cè)試板設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備，不僅是量測(cè)步驟的第一步，而且是高速量測(cè)中最重要的一環(huán)，通常此測(cè)試板是利用雙面印刷電路板（PCB）來製造，一般的PCB是具有一盎司的銅箔厚度，因此厚度約為1.37mil（或0.034mm），介電質(zhì)材料為FR4，其介電係數(shù)約為4.5，利用具有這樣性質(zhì)PCB來製造微帶線（microstrip line）形式的傳輸線作為測(cè)試板，並且控制此微帶線的特性阻抗值，以及針對(duì)連接器端子的配置來設(shè)計(jì)via holes和soldering pads，最後再焊上SMA接頭，以便接上時(shí)域反射儀做量測(cè)。
未來因?yàn)殡娮舆B接器的頻率愈來愈高，因此作為測(cè)試治具測(cè)試板的設(shè)計(jì)與製作也需隨之進(jìn)步。作為基材（substrate）所選用的材料、信號(hào)線的佈局與尺寸的設(shè)計(jì)，都必須要不斷的開發(fā)，目前作為高頻連接器的測(cè)試板皆朝向多層板的設(shè)計(jì)，以達(dá)到高頻特性需求。
面對(duì)不同的連接器時(shí)，測(cè)試板必須依據(jù)連接器其結(jié)構(gòu)與尺寸來設(shè)計(jì)，不同的連接器必須設(shè)計(jì)不同的測(cè)試板。
結(jié)語(yǔ)
由於信號(hào)傳輸?shù)念l率不斷地提高，相對(duì)地突顯出連接器製造商其機(jī)電整合能力的重要性，在以前低頻的時(shí)代，連接器製造商只要有機(jī)械背景的工程師便可開發(fā)出連接器，而今非但要有專業(yè)的機(jī)構(gòu)工程做為基礎(chǔ)，同時(shí)再加上電子工程師配合才能做出符合Time to Market的電子連接器。
roystudio --- 2007-10-10 14:51:52
2
Good
cathyjihaw --- 2007-10-11 19:48:29
3
THANK YOU !
sonice --- 2007-12-13 23:40:44
4
好東西,謝謝!希望這樣的好資料多多上傳,大家一起來分享!
percy66 --- 2007-12-14 08:43:47
5
學(xué)習(xí)了，謝謝樓主，不錯(cuò)的資料�。�！
garyftp --- 2008-01-19 23:04:40
6
謝謝
garyftp --- 2009-01-05 13:28:23
7
不錯(cuò)但是ee design有