選擇高速背板互連

在通信應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)工程師一直在尋找滿足人們對(duì)提高速度、帶寬和端口密度需求的方法。與此同時(shí)，背板連接器生產(chǎn)商已經(jīng)開始供應(yīng)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)來滿足需求。一些原始設(shè)備制造商正使用新出的工具，像混合動(dòng)力和直連無中平面的正交系統(tǒng)來提高其產(chǎn)品的通道性能，降低日趨復(fù)雜的中平面設(shè)計(jì)的整體成本。

從直角到垂直

直角轉(zhuǎn)垂直背板互連方案使所有系統(tǒng)點(diǎn)間的交叉連接更方便了。這種傳統(tǒng)的背板連接器產(chǎn)品專為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架尺寸應(yīng)用設(shè)計(jì)，這也使之成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的共同選擇。

幾乎所有的連接器解決方案都接受子卡與背板盲配，這些方案按總的定位、鍵控、功率和信號(hào)傳遞合理進(jìn)行排序，所有這些排序都符合原始設(shè)備供應(yīng)商對(duì)系統(tǒng)可升級(jí)性和可擴(kuò)展性選項(xiàng)的要求。很多背板連接器解決方案支持各種不同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)插槽寬度，這種標(biāo)準(zhǔn)槽寬支持多個(gè)從子卡尺寸。

這些方案通過端對(duì)端堆棧單塊和/或膠封系統(tǒng)提供線性信號(hào)和功率擴(kuò)展性，以支持大量不同的子卡應(yīng)用?？偟恼f來，這些常規(guī)方案支持在廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)交換、功率交換，軍用和醫(yī)療設(shè)備。

選擇背板互連法時(shí)，考慮的基本需求就是單端或差分高速率，單端低速信號(hào)、功率和總定位、引導(dǎo)，以及對(duì)連接器進(jìn)行全方位封裝。系統(tǒng)級(jí)別的最大難題是空間問題、PCB的厚度/面積比限制問題、PCB路徑限制、功率管理和冷卻/氣流。

當(dāng)這些方案真正用于各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，端口密度越高對(duì)跨背板信號(hào)線需求就越大。這也使得信號(hào)完整性降低，間距問題和層計(jì)數(shù)升高，最終導(dǎo)致成本超出。

反過來，許多連接器生產(chǎn)商面臨的問題卻是：怎樣產(chǎn)生高速、高性能的連接器方案，使之占用空間更小，并以較小尺寸在較低成本狀況下來適應(yīng)氣流的需求。隨著原材料價(jià)格的不斷上漲，連接器制造商想要以更低價(jià)格來生產(chǎn)更高性能的連接器非常困難，特別是用常規(guī)背板互連方案。

正交中平面

正交中平面方案正在大量傳統(tǒng)服務(wù)器、開關(guān)和存儲(chǔ)器應(yīng)用中迅速浮現(xiàn)。現(xiàn)在，我們的工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為高速差分架構(gòu)，連接器方案不僅促進(jìn)了差分信號(hào)對(duì)從子卡對(duì)子卡到中平面的轉(zhuǎn)變，且依舊保持了通道內(nèi)信號(hào)的完整性。

正交中平面方案很獨(dú)特，因?yàn)樗诒ＷC降低成本和提高信號(hào)完整性的前提下，消除了對(duì)中平面所發(fā)送信號(hào)路徑的需求。較低應(yīng)用成本的高端口密度是正交結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)。

氣流是正交互連時(shí)的最大問題，一旦子卡在中平面的一邊旋轉(zhuǎn)90要使系統(tǒng)冷卻是非常困難的。

一種解決方案是直連正交連接器，這樣能完全消除中平面以進(jìn)一步改善系統(tǒng)信號(hào)的完整性和氣流。另外，傳統(tǒng)系統(tǒng)向純正交系統(tǒng)轉(zhuǎn)化時(shí)可能造成向后兼容和遺留障礙。

共面/夾層裝置

共面和夾層方案較常用作加強(qiáng)I/O的靈活性和向后兼容性，以及內(nèi)存儲(chǔ)擴(kuò)展和核心處理擴(kuò)展。在很多背板產(chǎn)品系列中，這些方案表現(xiàn)出了和傳統(tǒng)背板連接器一樣的機(jī)械性能和電性能，如普通可分離式接口、兼容的引腳、引導(dǎo)和功率選擇。

在夾層方案中，氣流與散熱器決定配對(duì)連接器的棧高，這對(duì)制造商而言又是個(gè)難題。

由于熱動(dòng)力學(xué)的不斷變化，不同的棧高通常需要跨不同的系統(tǒng)。

在共面方案中，用于子卡內(nèi)部和外部的I/O端口常決定信號(hào)的性能需求，以及共面連接器可獲得的空間。大部分背板連接器產(chǎn)品系列提供平衡裝配接口的直角公選項(xiàng)、PBC印跡/匹配方法和裝配順序，以使電性能和機(jī)械連續(xù)性能跨越整個(gè)系統(tǒng)。

真正的通道性能

雖然優(yōu)化連接器的電參數(shù)已經(jīng)被考慮進(jìn)來，系統(tǒng)級(jí)性能卻是由整個(gè)通道決定的。PCB的接口、芯片封裝和BGA匹配、板路徑都影響通道的性能。

出于對(duì)通道行為量化的需要，有幾個(gè)工業(yè)論壇和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)開始處理這個(gè)問題，并已經(jīng)產(chǎn)生了兩個(gè)不同的可行方案。

光互連論壇的常用電器接口執(zhí)行協(xié)議采用了一個(gè)叫作StatEye的方法來說明通道的兼容性，如圖1所示。

圖1 StatEye是Matlab中的一種算法，Matlab可為眼圖提供概率曲線，由此可以看到各量與BER對(duì)應(yīng)的量級(jí)。

這個(gè)軟件模擬了一個(gè)特定的通道并使用一個(gè)指定的參考變送器（前或后加重）和接收模型。如果合成的眼圖不與特定的掩膜相干涉，那就可以認(rèn)為此通道是兼容的。
IEEE802.3工作組為802.3ap 10G背板以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)采用了一種不同的方式，那就是為通道轉(zhuǎn)換功能指定限制線，以及為包含插入損耗脈動(dòng)干擾和插入損耗串?dāng)_的參數(shù)指定限制線。