Je nutné zajistit pro elektrické ale i optické signály mezi deskami nebo jednotlivými integrovanými obvody minimální zkreslení signálu, zejména v diferenciálních párech. Jedním z řešení je použití vysokorychlostních kabelových sestav místo spoléhání se pouze na rozmístění stop na desce plošných spojů. Tyto kabelové sestavy používají single-ended and differenciální konfiguraci, pokročilé materiály a techniky, které poskytují vynikající integritu signálu a umožňují víceproudové signálové cesty v měděných nebo optických vláknech s velkou hustotou. Některé konfigurace jsou schopny přenášet data o rychlosti až 64 Gbps. Tento článek pojednává o problémech při přenosu dat vysokými rychlostmi a jak tyto problémy eliminovat. Následně představí vysokorychlostní kabelové sestavy od Samtecu.

Proč je potřeba vysoká rychlost přenosu dat ?

5G a 6G, umělá inteligence a kvantové výpočty, které se stávají běžnou součástí spotřební elektroniky, vyžadují větší šířku pásma při vyšších přenosových rychlostech. Zároveň je však vyžadována miniaturizace zařízení nebo celého systému. Tyto technologie vyžadují konektivitu, která by měla mít vysokou integritu signálu a udržovat vysoké poměry signálu k šumu (SNR), a to i v zarušeném prostředí. Vyšší rychlosti si vyžádaly změny v konfiguraci připojení. Přenos signálu single-ended, kde jsou data přenášena jediným vodičem, je nahrazen přenosem diferenciálním, kde dva vodiče přenášejí datový signál posunut o 180°.

Diferenciální přenos zlepšuje SNR potlačením šumu, který je společný pro oba dva vodiče (common mode noise), ale díky fázovému posunutí se tento šum vynuluje. Kódování dat se posouvá z jednoho bitu na hodinový cyklus (NRZ - non-return to zero) na více bitů za hodinový cyklus, jako je například pulzní amplitudová modulace úrovně 4 (PAM4), která kóduje čtyři různé úrovně nebo dva bity na jeden hodinový cyklus (obrázek 1).

Obrázek 1: Diagram oka pro přenos NRZ (vpravo) má dva možné stavy 1 nebo 0 na hodinový cyklus. PAM4 (vlevo) má čtyři možné stavy, 00, 01, 10 a 11, na hodinový cyklus. (Zdroj obrázku: Art Pini)

PAM4 "zabalí" dva bity dat do každého hodinového cyklu pomocí čtyř úrovní - 00, 01, 10 nebo 11. Díky tomu lze dosáhnout dvojnásobné datové rychlosti a nižšímu poměru SNR kvůli menším odchylkám amplitudy mezi datovými stavy.

Charakterizace výkonu přenosové linky

Výkon přenosové linky je obvykle charakterizován ve frekvenční oblasti rozptylovými parametry (s-parametry). S-parametry popisují vlastnosti zařízení na základě elektrického chování na vstupech a výstupech bez znalosti konkrétních součástí uvnitř zařízení (tzv. black box technika testování). K popisu dvouportových zařízení jako jsou kabely, se používá několik charakteristických parametrů založených na naměřených s-parametrech.

• Vložný útlum: Útlum signálu šířícího se ze vstupu na výstup kabelu vyjádřený v decibelech (dB). Ideální přenosové vedení má vložný útlum 0 dB
• Zpětná ztráta: Ztráta v dB způsobená odrazy signálu vyplývajícími z nesouladu impedance na výstupu
• Přeslechy: Míra přeslechů v dB injektovaná do přenosového vedení v důsledku sousedního vedení

Dalšími zajímavými parametry jsou zpoždění přenosu a časový posun přenosové linky. Zpoždění šíření je časové zpoždění signálu šířícího se přenosovým vedením. Časový posun je časový rozdíl mezi signály na dvou nebo více přenosových linkách.

Možnosti přenosové linky

Samtec nabízí vysokorychlostní kabelové sestavy využívající vlastní mikrokoaxiální a twinax kabely Eye Speed, které se vyznačují nízkou ztrátou a vynikající integritou signálu. Tyto kabely, začleněné do vícežilových kabelových sestav, nabízejí vynikající výkon díky své jedinečné konstrukci (obrázek 2).

Obrázek 2: Podrobný pohled na konstrukci kabelů Eye Speed ​​micro coax (vlevo) a twinax (vpravo), které se vyznačují nízkou ztrátou a vysokou integritou signálu. (Zdroj obrázku: Samtec)

Koaxiální kabely Eye Speed ​​jsou k dispozici s vodiči o průměru 26 až 28 AWG. Tato konstrukce koaxiálního kabelu má za následek vysokou flexibilitu, nízkou hmotnost a malé rozměry, které jsou zvláště důležité pro přenos na dlouhé vzdálenosti. Dielektrikum tvoří pevná extruze fluorovaného ethylenpropylenu (FEP) s nízkou dielektrickou konstantou. Tato řada kabelů nabízí výběr mezi kovovým, páskovým nebo opleteným stíněním pro lepší integritu signálu. Konstrukce twinax kabelu Eye Speed ​​využívá postříbřené měděné vodiče, kde větší velikost použitého vodiče nabízí nižší ztráty, zatímco použití menších vodičů znamená větší flexibilitu. Společné dielektrikum zlepšuje integritu signálu a šířku pásma, a to umožňuje dosáhnout rychlosti přenosu dat 28 až 112 Gbps. Kompaktní design má za následek těsné spojení mezi signálovými vodiči.

Vložný útlum pro delku kabelové sestavy Twinax Eye Speed ​​25 cm pro data taktovaná na 14 GHz (56 Gbps PAM4) je v rozsahu -1 až -2,2 dB v závislosti na průměru vodiče. Časový posun mezi vodiči v twinax kabelu je menší než 3,5 pikosekundy na metr. Oba typy kabelů podporují technologii Samtec Flyover.

Co je technologie Flyover?

Technologie Flyover využívá velkou šířku pásma a nízkou ztrátu kabelových sestav Eye Speed (obrázek 3).

Obrázek 3: Technologie Flyover využívá kabely Eye Speed, které nabízejí výrazně snížené ztráty (Zdroj obrázku: Samtec)

Technologie Flyover vyžaduje méně vrstev na desce, a tím značně zjednodušuje rozložení součástek na desce pro datové rychlosti nad 28 Gb/s. Umožňuje také použití levnějších materiálů.

Kabelové sestavy Samtec

K dispozici je široká škála montáže kabelů Eye Speed ​​micro coax a twinax. Jsou k dispozici jako pole s vysokou hustotou a nabízejí zemnící plochy, hermafroditní konektory a různé možnosti připojení. Například ARC6-16-06.0-LU-LD-2-1 je tenká kabelová sestava plug-to-plug, přímo připojitelná s 16 páry signálů, která je 152,4 mm dlouhá a podporuje přenos až 64 Gb/s PAM4 (obrázek 4).

Obrázek 4: ARC6-16-06.0-LU-LD-2-1 je kabelová sestava s přímým připojením s 16 diferenciálními páry, která podporuje přenos 64 Gb/s PAM4. (Zdroj obrázku: Samtec)

Tato sestava obsahuje 16 twinax kabelů ve dvouřadém provedení rozdělených do 32 kontaktů s roztečí 0,635 mm. Kontakty jsou přímo připájeny k twinaxovým vodičům pro optimální integritu signálu. Kabely obsahují 100 Ω koaxiální diferenciální vodiče. S použitím vodiče o velikosti 34 AWG jsou k dispozici v konfiguracích s 8 a 24 páry. Rozsah provozních teplot je -40°C až +125°C.

ERCD-020-12-00-TEU-TED-1-B je card-edge-to-card-edge sestava kabelu obsahující dvě řady dvaceti 50 Ω koaxiálních kabelů ukončeného konektorem se 40 kontakty (obrázek 5). Délka kabelu je 305 mm.

Obrázek 5: Kabelová sestava ERCD-020-12-00-TEU-TED-1-B používá koaxiální kabel se středovým vodičem 34 AWG. Kontakty jsou rozmístěny s roztečí 0,80 mm. (Zdroj obrázku: Samtec)

Koaxiální vedení používá 34 AWG středové vodiče uspořádaných do plochého kabelu. Rozteč konektoru je 0,80 mm. Tyto kabely jsou dimenzovány na přenos signálu rychlostí 14 Gb/s. Konektory používají uzamykací mechanismus, aby se zajistilo správné a pevné spojení. K dispozici je sestava s 10 až 60 kabely na řadu s různými aretujícími mechanismy. Všechny kabelové sestavy jsou vhodné do teplot od -25 °C až +105 °C. Kabelová sestava HLCD-20-40-00-TR-TR-2 používá dvě řady o deseti 50 Ω jednokoncových vodičů o délce 1,02 m. Poskytuje čtyřicet kontaktů s roztečí 0,5 mm (obrázek 6).

Obrázek 6: Kabelová sestava HLCD-20-40.00-TR-TR-2 používá samospojovací hermafroditní konektory. (Zdroj obrázku: Samtec)

Hermafroditní konektory mají kolíky i zásuvky, které lze spojit se stejným konektorem. Používají se v aplikacích, kde není vyžadována kontaktní polarizace jako jsou obousměrné datové páry. HLCD-20-40.00-TR-TR-2 nabízí výběr ze standardního nebo rozšířeného rozsahu provozních teplot -25 °C až +105 °C nebo -40 °C až +125 °C.

Kabelová sestava HQDP-020-12-00-TTL-TEU-5-B používá dvě řady 100 Ω 30 AWG twinax kabelů. Délka vodičů je 305 mm a má 20 kabelů. Používá konektor plug-to-card-edge a je dimenzován pro rychlosti až 14 Gb/s (obrázek 7).

Obrázek 7: Sestava HQDP-020-12-00-TTL-TEU-5-B má konektor plug-to-card-edge se dvěma řadami 100 Ω twinax kabelu. (Zdroj obrázku: Samtec)

Tato řada nabízí 20, 40 nebo 60 kabelů a různé konektory s roztečí 0,5 mm.

Závěr

Vyšší datové rychlosti nutí vývojáře hledat nové způsoby, jak zajistit integritu signálu. Samtec jim umožňuje překonat omezení klasických víceproudých datových sběrnic na plošných spojích a využívat širokou škálu vysoce výkonných, flexibilních a cenově výhodných kabelových sestav, které splňují nebo dokonce překračují specifikace dnešních komunikačních aplikací.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com