下一代模塊卡接口：針對更小、更輕、更薄的計(jì)算機(jī)設(shè)備

　　本文重點(diǎn)介紹針對原始設(shè)備制造商（OEM）推出的M.2系列下一代規(guī)格（NGFF）連接器，該連接器采用用于更小規(guī)格的尺寸和容量的新接口標(biāo)準(zhǔn)，旨在提高數(shù)據(jù)的傳輸速度并節(jié)約印刷電路板（PCB）的空間。此外，為應(yīng)對當(dāng)前及未來對超薄解決方案的市場需求，M.2（NGFF）產(chǎn)品專為多種應(yīng)用而設(shè)計(jì)，助力原始設(shè)備制造商應(yīng)對挑戰(zhàn)，為消費(fèi)者及企業(yè)提供更新、更小、速度更快的設(shè)備。

　　當(dāng)前，全球各地的消費(fèi)者和企業(yè)都希望在互連世界中建立更多聯(lián)系。無論身處何處，從事何種職業(yè)，人們總是希望有更新、更小且速度更快的設(shè)備幫助他們輕松實(shí)現(xiàn)這一需求。顯而易見，原始設(shè)備制造商（OEM）和零件制造商正面臨前所未有的挑戰(zhàn)——如何設(shè)計(jì)并開發(fā)具備這些特性的設(shè)備。

　　行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者們?yōu)榇俗龀隽酥匾呢暙I(xiàn)，他們致力開發(fā)多樣的互連解決方案，幫助原始設(shè)備制造商應(yīng)對挑戰(zhàn)。例如模塊卡、擴(kuò)展卡，用于為個(gè)人電腦、筆記本電腦、平板電腦和游戲機(jī)等設(shè)備附加的無線Wi-Fi、WWAN（無線廣域網(wǎng)）、藍(lán)牙、GPS和固態(tài)硬盤（SSD）等功能。

　　在PCI-SIG行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織中，M.2（Next Generation Form Factor或NGFF）連接器順理成章的推動(dòng)了上一代PCI Express迷你卡連接器的發(fā)展。為了符合OEM設(shè)備的開發(fā)特性，M.2連接器在設(shè)計(jì)上均考慮了速度及空間雙重因素。

　　M.2連接器旨在提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，從而滿足PCI Express 3.0、USB 3.0和SATA 3.0等最新行業(yè)規(guī)范。M.2連接器的高速性能源于經(jīng)過優(yōu)化的上下觸點(diǎn)設(shè)計(jì)。信號在印刷電路板（PCB）接點(diǎn)（圖2、3中的點(diǎn)A）和模塊卡接點(diǎn)（圖2、3中的點(diǎn)B）之間實(shí)現(xiàn)來回傳輸。

　　PCI Express（PCIe）迷你卡連接器采用壓接觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，其大面積金屬材質(zhì)（圖2中的紅色橢圓形）可將觸點(diǎn)固定在外殼中。由于這些金屬材質(zhì)不在A到B（或B到A）的直線通路上，所以稱為信號接腳。信號接腳會增加該區(qū)電容量、產(chǎn)生噪聲耦合及降低高頻接觸性能。

　　圖2—PCI Express迷你卡下觸點(diǎn)

　　M.2連接器（如圖3所示）采用壓接成型觸點(diǎn)，不會出現(xiàn)大面積信號接腳。直線信號通路可以較大程度上優(yōu)化整個(gè)信號走線的電容量并提高性能。

　　圖3—M.2連接器3.2H下觸點(diǎn)

　　通過比較差分插入損耗圖，可以發(fā)現(xiàn)PCIe迷你卡連接器的插入損耗在6.75GHz左右相交于-2dB（如圖4所示），而M.2連接器在頻率達(dá)到12GHz之前始終保持在-2dB以下（圖5），這足以支持最新規(guī)格的PCIe 3.0、USB 3.0和SATA 3.0。

　　圖4—85 Ω下PCI Express迷你卡連接器的差分插入損耗圖5— 85 Ω下M.2連接器2.25H的差分插入損耗

　　M.2連接器也能節(jié)約空間。與PCIe迷你卡連接器的0.8 mm間距相比，M.2連接器的0.5 mm間距足以節(jié)省20%以上的PCB空間。連接器高度也從原來的不到4 mm降低到單面模塊卡的2.25 mm。雙面模塊卡的M.2連接器高度已降低至3.2 mm，這比PCIe 迷你卡還要低20%。

　　圖6—迷你卡連接器與M.2連接器的比較

　　目前的M.2連接器采用三步斜角插入法。此方法（如圖7所示）具備兩個(gè)方面的優(yōu)勢。首先，增加了模塊卡插入處的PCB空間。模塊卡被固定在25°角，使得在插入?yún)^(qū)附近可以安裝高度更高的零部件，從而幫助OEM節(jié)省空間，提高設(shè)計(jì)靈活性。如果模塊卡固定在與母板平行的位置，則組件過高可能會影響插入路徑。其次，這種模塊卡插入法更方便工作人員操作。由于需要手工插入，所以操作人員的手位高于母板可以降低損害母板組件的風(fēng)險(xiǎn)。

　　圖7—三步插入法

　　無論是在作為“汽車輪胎”的連接器中，還是在作為“汽車引擎”的模塊卡中，M.2連接器的性能及效益已經(jīng)有目共睹。由于針對M.2連接器平臺的模塊卡市場尚處于起步階段，連接器在性能上存在的局限性可能尚未完全發(fā)現(xiàn)。隨著模塊卡市場的不斷發(fā)展，M.2連接器的卓越性能可能會使其脫離PCIe迷你卡連接器平臺的行列。

　　作者簡介：

　　Brian Long是TE Connectivity消費(fèi)電子事業(yè)部位于美國賓夕法尼亞州哈里斯堡的現(xiàn)場應(yīng)用工程師。他擁有逾7年連接器行業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)，包括產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造和應(yīng) 用工程等領(lǐng)域。Long畢業(yè)于羅切斯特理工學(xué)院，擁有機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位和工商管理碩士學(xué)位。

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