用于減小電氣連接器中的遠端串擾的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于減小電氣連接器中的遠端串擾的方法和裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年6月9日提交的第62/009，801號美國臨時專利申請的優(yōu)先權，為所有目的通過引用將其整體合并在本文中。
技術領域
[0003]本文所描述的系統(tǒng)、裝置、方法和示例實現(xiàn)方式總體上涉及用于減小遠端串擾(Far-End Crosstalk) (FEXT)的系統(tǒng)，尤其涉及在傳送差動信號的電鍍通孔(throughhole)和電氣連接器中減小FEXT。
【背景技術】
[0004]隨著電信產(chǎn)業(yè)中對更高帶寬的要求持續(xù)增長，每個設備可能需要更多的計算能力和布線(routing)能力。與信號密度增大一樣，每個信號信道的數(shù)據(jù)速率也持續(xù)增大。因此，出現(xiàn)在相鄰信道之間的不期望的噪聲或電磁耦合明顯增加。因為與單端數(shù)據(jù)線相比之下的噪聲減小和高速適用性，差動信號已經(jīng)成為用于數(shù)據(jù)傳送的優(yōu)選的現(xiàn)有技術方法。
[0005]對于所考慮的差動受害對(victim pair)，在這些相鄰對中的至少一對處于活動時，在整個數(shù)據(jù)傳送路徑上出現(xiàn)來自相鄰攻擊對(aggressor pair)的不期望的電磁親合(例如串擾)。在攻擊方的傳送器和受害方的接收器物理上彼此遠離(例如位于不同的芯片)時，沿著與信號相同的方向引發(fā)的串擾被稱為遠端串擾或FEXT。
[0006]一般而言，由于信號線的緊挨，芯片封裝、連接器和過孔(via)是FEXT的首要源。已經(jīng)通過增大間隔、在差動對之間增加接地、使差動對內的耦合緊密或平衡電感耦合系數(shù)和電容耦合系數(shù)而進行了減小印刷電路板(PCB)上的過孔區(qū)中的FEXT的若干嘗試。在示例的現(xiàn)有技術實現(xiàn)方式中，兩個鄰近的過孔對被對稱和等距離地制造，以減小過孔自身的FEXTo
[0007]然而，這種有關的嘗試已經(jīng)增加了對分配的基板面(real estate)的消耗，在設計和實現(xiàn)方面增加了困難，并且在減小累積總的FEXT方面相對不足，尤其是在較高頻率系統(tǒng)中。因此，存在著對于減小總的FEXT的另外方法的需要。

【發(fā)明內容】

[0008]在示例實現(xiàn)方式中，減小FEXT的一個方法是通過平衡電容和電感耦合。FEXT與電容耦合和電感耦合之間的差成比例的概念至少在低頻對于2線無損系統(tǒng)是有效的。FEXT還取決于阻抗失配以及電阻和電導(conductive)耦合。在多線系統(tǒng)中或在高頻下，可以使用模態(tài)分解(modal decomposit1n)，而不是RLGC親合(其中R是電阻性的，L是電感性的，G是電導性的和C是電容性的)來說明FEXT。
[0009]本文中所描述的本公開內容和示例涉及基于FEXT(或差動FEXT)是累積性的概念來減小系統(tǒng)中的總的差動FEXT(不是單端FEXT)。本公開內容在以下方面與現(xiàn)有技術中的平衡電容和電感耦合不同:本公開內容通過操作差動FEXT耦合中的四個單獨的單端項(single-ended term)以給出正極性或負極性而應用于高頻下的多線有損系統(tǒng)。
[0010]對于具有如下配置的兩個耦合差動對的系統(tǒng):第一對具有作為輸入的端口 1和
2(統(tǒng)稱為差動端口 1)以及作為輸出的端口 5和6 (統(tǒng)稱為差動端口 3)，第二對具有作為輸入的端口 3和4 (統(tǒng)稱為差動端口 2)以及作為輸出的端口 7和8 (統(tǒng)稱為差動端口 4)，從差動端口 1至差動端口 4的差動FEXT，SDD41，由SDD41 = (S71+S82-S72-S81)/2給出，其中Sij表示從端口 j至端口 i的單端散射參數(shù)(scattering parameter)(或S參數(shù))。因此，如果S71+S82大于S81+S72，則存在正極性差動FEXT，如果S81+S72大于S71+S82，則存在負極性差動FEXT。每個單端項S71、S81、S72或S82在低頻意義上是否更加電感性耦合或更加電容性耦合是不相關的。
[0011]通過布置結構幾何形狀和/或位置，能夠使S71+S82大于或小于S81+S72，其中可以引起正極性或負極性的SDD41。一個示例是寬邊親合(broadside-coupled)結構將產(chǎn)生負極性差動FEXT，并且邊緣耦合(edge-coupled)結構將產(chǎn)生正極性差動FEXT。因此，如果系統(tǒng)包含寬邊耦合結構和邊緣耦合結構兩者，總的累積差動FEXT將趨于更小。FEXT極性優(yōu)化技術能夠應用于芯片封裝、連接器、印刷電路板(PCB)或經(jīng)受FEXT的任何差動系統(tǒng)。
[0012]在示例實現(xiàn)方式中，能夠利用包含具有相反極性的電氣部件的任何電氣系統(tǒng)來減小FEXT。本文所描述的示例實現(xiàn)方式能夠適用于諸如個人計算機、服務器、交換機和路由器的應用，對于它們來說使用高速差動信號發(fā)送作為用于數(shù)據(jù)傳送的方法。
[0013]在示例實現(xiàn)方式中，具有第一極性的第一電氣部件連接至具有第二極性的第二電氣部件，其中第二極性與第一極性相反。通過利用部件上的相反極性，能夠減小電氣系統(tǒng)上的累積差動FEXT。在本公開內容的示例實現(xiàn)方式中，存在著連接至連接器部件的過孔或PCB部件。然而，能夠在包含多個部件(諸如要封裝的過孔/PCB部件、機械地連接至連接器(例如兩件式連接器、三件式連接器)的第二部分的連接器的第一部分等等)的任何電氣系統(tǒng)中實現(xiàn)相反極性部件的實現(xiàn)方式。
[0014]在本公開內容的一個方面中，通過考慮在諸如電氣連接器的鄰近源處引發(fā)的差動FEXT，在PCB過孔設計中實現(xiàn)該思想。使用現(xiàn)有過孔設計技術，在過孔的差動對之間放置有許多接地過孔作為屏蔽，然而，殘余差動FEXT仍與連接器的FEXT累積。在示例實現(xiàn)方式中，通過理解如下內容來實現(xiàn)FEXT抵消:寬邊耦合差動對產(chǎn)生差動FEXT的負極性，而邊緣耦合差動對產(chǎn)生正極性。這允許PCB設計者通過理解連接器的差動FEXT來選擇他們/她們的系統(tǒng)中的過孔設計，以實現(xiàn)差動FEXT抵消。
[0015]本公開內容的實現(xiàn)方式的附加屬性的示例可以包括，但不限于，空間節(jié)約、PCB布線容易、以及通過連接器的穩(wěn)定的功率分配。放置過多間隔開的接地過孔和信號過孔將導致過孔區(qū)的PCB基板面的大量消耗、用于布線以避開過孔的空間有限、以及電源平面上密集散布的隔離盤(antipad)引起的連接器處的差的功率分配。用本文描述的示例實現(xiàn)方式，能夠使用更少數(shù)量的接地過孔來實現(xiàn)在過孔處充足的FEXT以將FEXT偏移連接器，在許多情況下連接器大于過孔。
[0016]應當理解前述描述和以下描述都僅是示例性和解釋性的，并且不意圖以任何方式限制所要求保護的發(fā)明或其應用。
【附圖說明】
[0017]被合并在本說明書中并且構成本說明書的一部分的附圖舉例示出了本發(fā)明的實施方式，并且附圖和說明書正文一起用于說明和示出本創(chuàng)新性的技術的原理。具體地:
[0018]圖1示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的使用和不使用過孔的FEXT極性優(yōu)化以將連接器信號引入PCB的整個通信信道上的受害方的FEXT的累積。
[0019]圖2示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的圖1中示出的信道示意圖的3D圖像。
[0020]圖3(a)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的邊緣耦合過孔的示例。
[0021]圖3(b)和3(c)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的圖3(a)的邊緣耦合過孔的示例圖。
[0022]圖4(a)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的寬邊耦合過孔的示例。
[0023]圖4(b)至4(d)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的寬邊耦合過孔的示例圖。
[0024]圖5 (a)和5 (b)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的示出常規(guī)過孔布線和新穎過孔布線布局的PCB的頂視圖。
[0025]圖6 (a)和6 (b)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的用于常規(guī)和新穎過孔布線的接地層上的隔離盤。
[0026]圖7(a)和7(b)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的過孔區(qū)中電源平面上的隔離盤散布。
[0027]圖8(a)至8(d)示出后跟著邊緣耦合過孔的兩個差動微帶對的正極性FEXT的FEXT累積的示例。
[0028]圖9(a)至9(d)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的被寬邊耦合過孔的負極性FEXT抵消的兩個差動微帶對的正FEXT的示例。
[0029]圖10示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的對過孔FEXT的量值和極性具有影響的變量的示例。
[0030]圖11示出應用于高速、低堆疊高度、表面貼裝(SMT)型連接器的示例實現(xiàn)方式。
[0031]圖12 (a)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的PCB焊盤布局。
[0032]圖12 (b)和12 (c)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的針對僅連接器模型、僅過孔模型和過孔-連接器-過孔級聯(lián)模型的頻域和時域中的差動FEXT的圖。
[0033]圖13(a)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的對。
[0034]圖13 (b)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的SMT型連接器。
[0035]圖13(c)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的過孔模型級聯(lián)和不級聯(lián)的連接器的插入損耗串擾比(ICR)的圖。
[0036]圖14示出應用于高速、高堆疊高度、表面貼裝(SMT)型連接器的示例實現(xiàn)方式。
[0037]圖15(a)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的對。
[0038]圖15 (b)和15 (c)示出根據(jù)示例實現(xiàn)方式的針對僅連接器模型、僅過孔模型和過孔-連接器-過孔級聯(lián)模型的頻域和時域中的