提取連接器的環(huán)路互感

　　在普通2mm間距的連接器模塊，這種連接器典型的管腳長度大約是25mm左右。如圖3所示，評估互感的值，可以將連接器實(shí)際的物理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為保留導(dǎo)體所有幾何特性的三維實(shí)體模型。

　　采用三維場提取工具從導(dǎo)體的實(shí)體模型中提取出局部的電感矩陣。有關(guān)連接器電感特性方面的問題都包含在這一個電感矩陣中。矩陣對角線上的元素是其局部自感，而不在對角線上的元素則是每管腳對之間的局部互感。

　　20個管腳的連接器的完整電感矩陣如圖4所示。局部電感的概念在分析連接器和IC封裝的電氣性能方面非常有效。一個信號與另一個相鄰的信號之間共用同一個返回路徑的情況很常見。管腳對1和2是變化的環(huán)路（信號會發(fā)生跳變），而管腳對2和3則是靜止的環(huán)路（信號不發(fā)生變化）。

　　這兩個路徑之間的互感為：LAB=（L31-L32）+（L22- L21）-L22

　　圖4：連接器中的所有20個管腳的局部互感矩陣。

　　從場提取工具產(chǎn)生的表格中，可以找到該連接器的下述電感值：

　　L31=7.9nH

　　L32=10.9nH

　　L21=10.9nH

　　L22=19.9nH

　　L41=6.3nH

　　L42=7.9nH

　　根據(jù)上述數(shù)值可以計(jì)算出互感值是6nH。這就是共用同一個返回路徑的兩個信號路徑之間的互感值。與最初估算的1.2nH相比，6nH太大。如果應(yīng)用在這樣的設(shè)計(jì)環(huán)境下，可以肯定該連接器不能正常工作。

　　當(dāng)然，如果有足夠的理由確實(shí)要在設(shè)計(jì)中運(yùn)用這種連接器，一種辦法是確保每一個信號都有各自獨(dú)立的返回路徑。在這種情況下，一個環(huán)路使用管腳1和2，而另一個環(huán)路則使用管腳3和4。兩個環(huán)路之間的互感如下計(jì)算：LAB =（L31-L32）+（L42-L41）

　　這樣計(jì)算出來的互感值是1.4nH?？梢妰H僅通過為每一個信號提供各自獨(dú)立的信號返回路徑，就可以將開關(guān)噪聲減少四倍。考慮到其它信號路徑信號同時變化的可能性，可以看到即便是1.4nH這么小的值仍然會產(chǎn)生3到5倍這么大的開關(guān)噪聲。

　　現(xiàn)在已經(jīng)非常清楚，對高速設(shè)計(jì)而言，常規(guī)的連接器按照常規(guī)的用法顯然不能滿足要求。任何可能降低管腳對之間互感的可行方法都應(yīng)該考慮。

　　減小互感

　　原則上可以采取兩種方法來減少連接器的互感。

　　1. 要確保盡可能短的路徑。Packard-Hughes公司的Gold Dot連接器、Thomas和Betts公司的Metal Particle Interconnect（MPI）連接器就是采用了這種關(guān)鍵技術(shù)。而Tessera公司推出的CSP器件封裝的一個重要特征就是具有非常短的引線長度。

　　在這些技術(shù)中總的引線長度可以縮短到1mm。僅僅引線長度一項(xiàng)就可以將上面實(shí)例中相鄰信號和返回路徑環(huán)路之間的互感減小為上述電感數(shù)值的二十分之一。

　　2. 要降低每一個信號與對應(yīng)的返回路徑的特征阻抗。環(huán)路之間的互感與最小環(huán)路的自感成比例，減小一個管腳對的環(huán)路自感就等于是降低信號通路的特征阻抗。

　　SamTec公司的連接器就采用了這樣的技術(shù)，這種連接器采用又寬又短的引線作為返回路徑。因此，器件封裝向采用內(nèi)部返回路徑層的BGA封裝轉(zhuǎn)移，或者從單層金屬的TBGA向雙層金屬的TBGA封裝轉(zhuǎn)移。

　　從上面的實(shí)例中可以看出，信號和返回路徑管腳的分配同樣也能影響最終的信號路徑之間的互感。對于一個確定的連接器來說，管腳的選擇可以用來優(yōu)化系統(tǒng)的性能。然而如果具備足夠的管腳做更加靈活的信號和返回路徑分配，那么系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師通?？倳x擇分配更多的信號管腳。

　　對連接器廠商提供參數(shù)的評估

　　假定已經(jīng)對電路板設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，并且已經(jīng)估算出相鄰信號環(huán)路之間允許的最大互感值，那么，要告訴元器件廠商：所需要的連接器必須保證相鄰信號環(huán)路之間的互感值小于1nH。

　　連接器廠商和IC封裝廠商通常都在機(jī)械工程和生產(chǎn)制造方面非常精深，但不是特別了解有關(guān)的電氣特性，甚至可能并不知道他們應(yīng)該提供連接器的互感特征。有的時候，這些器件廠商也提供管腳對之間的串?dāng)_電壓信息。正如前面所看到的那樣，這些值跟信號的上升時間、阻抗以及信號和返回路徑對的分配都有很大關(guān)系。如果廠商給出特殊情況下的值與你的具體應(yīng)用要求不一樣的話，該如何評估這些值？

　　用戶總是主動去獲取所需要的精確信息，即信號與返回路徑環(huán)路之間的互感。而且應(yīng)該向元器件廠商明確提出這是非常重要的一個設(shè)計(jì)指標(biāo)，如果元器件廠商不提供這些信息的話，你就不能夠評估廠商提供的元器件能否在你的設(shè)計(jì)應(yīng)用中正常工作？

　　如果廠商提供了這些指標(biāo)，也可以進(jìn)一步地查明廠商是如何獲得這些參數(shù)的：是通過測量還是通過計(jì)算？如果是通過測量方法獲得的話，廠商是否采用了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的測量流程？如果是通過計(jì)算獲得的，這些值的獲得是否是一種近似（就如同所有的計(jì)算公式一樣）？它是否通過場提取方法獲得？廠商是否提供任何的支持文檔資料來證實(shí)他們的建模過程符合實(shí)際的情況并且同生產(chǎn)制造的元器件性能相吻合？如果廠商不能提供這些信息，應(yīng)該建議該廠商采用獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室服務(wù)或者是顧問服務(wù)來幫助他們提供這些信息。

　　在最后的分析中，要選擇那些不僅能夠提供符合你設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的性能指標(biāo)，同時也能夠給你信心保證在你的系統(tǒng)中可以一次性成功的連接器廠商。產(chǎn)品合格與資料齊全、準(zhǔn)確詳實(shí)同樣重要。