連接器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 - 全文

1 連接器的基本概念

　　連接器的基本性能可分為三大部分，即機(jī)械系能、電氣性能和環(huán)境適應(yīng)能力。機(jī)械性能有兩方面的要求：

　　一是關(guān)于連接器的兩個接觸件之間的插拔力，我們希望它插入的力量比較小，分離的力量要適當(dāng)；二是關(guān)于連接器的機(jī)械壽命，也就是連接器使用的耐久性。電氣性能包含四個部分，一是連接器的接觸電阻，接觸電阻要小，能夠到幾十毫歐為好；二是絕緣電阻，我們希望它很大，能夠到幾百兆歐甚至幾千兆歐；三是抗電強(qiáng)度，指的是連接器之間、接觸件之間，或者是接觸件與外殼之間能承受的額定的試驗電壓的能力；四是一般的電磁性能，包括對電磁干擾引起的衰減，以及對電磁干擾屏蔽的能力等。環(huán)境能力包括三方面：一是耐溫，根據(jù)連接器所使用的環(huán)境不同，實際上耐溫的要求范圍是不同的；二是耐潮濕，需要達(dá)到90％ 甚至更高；三是耐鹽霧，鹽霧可以使連接器產(chǎn)生退化，或者表面被腐蝕；四是連接器要耐沖擊、耐振動，因為在一些特殊的環(huán)境中，比如航空航天、鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸?shù)?，對電器的沖擊和振動是很強(qiáng)的。

　　連接器的發(fā)展具有以下特點(diǎn)：

　　1、朝著小型化、高密度、高速度傳輸?shù)姆较虬l(fā)展；

　　2、朝著高性能、高頻化技術(shù)方向發(fā)展；

　　3、高電壓、大電流的連接器需求市場也很大；

　　4、連接器還朝著抗干擾技術(shù)、模塊化技術(shù)和無鉛化技術(shù)方向發(fā)展。

　　表1中列出的是典型的高速連接器的型號。在傳統(tǒng)并行同步數(shù)字信號的速率將要達(dá)到極限的情況下，高速串行方式是一個很好的解決思路。這使得低壓差分信號（LVDS）成為主要的下一代高速信號的電平標(biāo)準(zhǔn)。而高速連接器的選擇也成為高速率信號互聯(lián)要解決的主要問題。

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　　高速連接器在發(fā)展中所采用的幾個關(guān)鍵技術(shù)包括：

　　1、為了減少串?dāng)_所采用的差分信號、無噪聲信號和接地層技術(shù)；

　　2、為了調(diào)整連接器的引線，可以改變由于連接器輸入和輸出物理距離不等而導(dǎo)致的延時差異；

　　3、為了獲得最大的傳輸效率，連接器的特l生阻抗值應(yīng)與傳輸電路的特性阻抗相匹配。

2 連接器在有線系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　圖1所示為一個PSTN網(wǎng)的交換機(jī)，該交換機(jī)由7個部分組成。除了機(jī)箱尺寸的區(qū)別，機(jī)箱底部是一個機(jī)架的管理模塊，它包括管理模塊、傳輸背板和傳輸模塊。最前面有子板、載板、電源板，以及風(fēng)冷系統(tǒng)、電扇托板。在交換機(jī)中，它的主要載板就是電話信息的傳輸以及輸入／輸出的連接，輸入，輸出系統(tǒng)所組成的只有很少的電腦板以及信令控制板。

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　　任何網(wǎng)絡(luò)都需要連通性，以便把單個設(shè)備組合成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)器件（“連接器”）扮演重要角色：首先，它能把單個設(shè)備進(jìn)行電連接，形成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；另一方面，如今都采用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，使不同公司制造的設(shè)備能相互連接在一起工作，從而在某個街區(qū)構(gòu)建成一個網(wǎng)絡(luò)，以滿足商業(yè)或社區(qū)的需求。

　　因此，在有線通信系統(tǒng)中，連接器的作用主要有三個方面：首先，能在單個設(shè)備內(nèi)的電路板和單個電元件問實現(xiàn)電連接；第二，如果采用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，就能使不同公司制造的設(shè)備相互連接在一起工作，從而在某個街區(qū)構(gòu)建成一個網(wǎng)絡(luò)，以滿足商業(yè)或社區(qū)的需求；第三，通過設(shè)計達(dá)到可靠的功能，以承受已知的工作環(huán)境和設(shè)備眼務(wù)期內(nèi)的工作強(qiáng)度。

　　針對有線通信系統(tǒng)對連接器的要求，在設(shè)計時要考慮如下幾個方面：

　　· 鍍金接觸界面，用于保證更高的耐磨性和良好的電特性；

　　· 冗余的接觸界面，保汪高可靠性；

　　· 可選擇氣密出 接或PCB焊接；

　　· 殼體外部特征要便于插入時導(dǎo)正和導(dǎo)向；

　　· 用不同的插針高度保證信號和接地的先后連接順序；

　　· 大功率電源要用特殊的端子，和信號的接觸端子要有所區(qū)別；

　　· 要保證EMI特性和機(jī)箱接地。

　　圖2是典型的連接系統(tǒng)中背板連接器的設(shè)計。它可以提供三種端子長度，即接地端子、信號1端子、信號2端子三個端子的長度是不同的。這是為了保證插座和插針在互相連接的時候，如果接反了，就無法插入。第二個是中問部分，它是用于安裝維修用的，整個插針板在插入的過程中，可以用來導(dǎo)向，甚至可以保證編碼和極性的正確。外壁用來保護(hù)端子和連接器的導(dǎo)向，這個端子就是插針部分，采用柔性插針。從右半部分圖中可以看到，外殼被拆除后，更清楚地顯示出了接觸面。它采用了雙柱冗余的接觸面設(shè)計，這樣可以大大提高接觸的可靠性。

3 連接器在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　圖3表示的是典型的無線通信系統(tǒng)的基站內(nèi)部互聯(lián)，以及它所需要的各種各樣的電子連接器。從圖中可以看出，左邊基站所要求的都是射頻連接器，右邊表示的是電源連接器、背板連接器、輸入／輸出連接器和印制電路板連接器。

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　　圖4表示的是基站控制器、移動交換網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)之間的典型互聯(lián)。這些互聯(lián)也用到了多種連接器。

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　　移動手機(jī)用的開關(guān)式同軸連接器主要用于提供手機(jī)內(nèi)的天線和汽車外部天線之間的信號的切換。這種開關(guān)式的連接器，它的表面安裝有三種高度，分別是3.5mm、4.5mm和6.0 mm。表面安裝開關(guān)式連接器直接和手機(jī)天線連接。由于功率元件和天線或開關(guān)間距離短，因此內(nèi)部沒有電纜，信號傳輸非常好。它的性能指標(biāo)如下：

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　　無線通信系統(tǒng)中所采用的電源連接器（圖5）的種類包括一體化背板電源系統(tǒng)、子板／堆疊用連接器、信號母線到板之間的連接器、板到板的電源連接器、電源到電纜／電纜Nrn； 刷板連接器、微處理器所用電源連接器以及電源輸入所用連接器。

4 連接器的信號完整性設(shè)計

　　連接器在進(jìn)行信號完整性設(shè)計時，需要考慮：

　　1、與整個互聯(lián)傳輸線阻抗的連續(xù)性；

　　2、連接器各插針問的串?dāng)_；

　　3、有時序要求，要考慮連接器上的延時。

　　連接器的分析方法與一般的信號分析方法基本一樣，部是利用仿真軟件進(jìn)行仿真，并對結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論。

　　連接器的模型分析和電路的模型分析是一樣的，只是要注意連接器和過孔效應(yīng)的精確建模、仿真對于預(yù)測信號質(zhì)量非常重要。

　　模型分析有五種情況：

　　· 多線模型（MLM）：適用于多插針連接器，包括接觸元件、接觸與接觸間耦合、接觸和屏蔽間耦合、焊盤問耦合等。除了SLM模擬的參數(shù)外，還能用來模擬串?dāng)_和地彈等。

　　· 單線模型（SLM）：適用于連接器中的單線，如高速信號傳輸線，可以用來模擬反射、時延和偏移、衰減以及信號傳輸質(zhì)量。

　　· S參數(shù)模型：主要應(yīng)用于頻域，可模擬吞吐量和串?dāng)_，通過時域變換，可產(chǎn)生阻抗、串?dāng)_、傳輸時延和眼圖等。

　　· IBIS模型：是一種基于V／I曲線的對I／0 BUFFER快速準(zhǔn)確建模的方法，支持所有類型的連接器和多種不同連接器建模，如差分和不平衡信令、SLM（無耦合）、MLM（耦合）、模型級聯(lián)、板到板以及板到電纜等：

　　· SPICE模型：是最為普遍的電路級模擬程序，被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件信號完整性是貫穿于高速數(shù)字電路設(shè)計中的最重要的問題之一，在此列出幾點(diǎn)建議：

　　A 對靈敏元件實施對噪聲器件的物理隔離；

　　B 阻抗控制、反射和信號終端匹配；

　　C用連續(xù)的電源和地平面層；

　　D布線中盡量避免采用直角；E差分對布線長度要相等，以保證在接收端良好的抑制比。

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