Samtec硬核技術(shù)分享 | 全新對(duì)準(zhǔn)功能確保測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用中的精確對(duì)準(zhǔn)

【摘要/前言】

Samtec開發(fā)了一種創(chuàng)新的易于使用的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，以確保測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用中的精密、高頻壓縮安裝連接器的峰值性能。下面解釋了我們所看到的趨勢(shì)，并概述了我們針對(duì)出現(xiàn)的常見對(duì)準(zhǔn)挑戰(zhàn)所開發(fā)的解決方案。

【問題所在】

隨著數(shù)據(jù)傳輸率的不斷提高（224Gbps PAM4），對(duì)帶寬超過90 GHz的精密、高頻率壓縮安裝測(cè)試連接器的需求也在不斷增加。這在一定程度上是由于與焊接式連接器解決方案相比，壓縮安裝具有已知的性能優(yōu)勢(shì)，以及焊接工藝變化對(duì)PCB和連接器結(jié)構(gòu)的影響。

螺紋壓緊式連接器，即使用安裝硬件將連接器壓緊在PCB上，在更高的頻率下運(yùn)行，因此在測(cè)試應(yīng)用中變得很普遍。此外，隨著PCB上高速連接的數(shù)量不斷增加，壓縮安裝連接器也提供了許多額外的優(yōu)勢(shì)：

01 相對(duì)緊湊，這意味著可以在一塊PCB上并排放置一些，所占用的空間比傳統(tǒng)上需要的要少得多。

02?可以放在PCB上的任何地方。這使得它們可以被放置在靠近信號(hào)需要到達(dá)的設(shè)備的地方。

03?能夠被重復(fù)使用。

04?可以很容易地連接到PCB上的微帶/CPWG或帶狀線

隨著頻率要求的提高，這將反過來影響互連中的信號(hào)針和焊盤的尺寸（包括我們?cè)诒疚闹兄攸c(diǎn)討論的螺紋壓縮安裝產(chǎn)品）。這意味著，頻率越高，信號(hào)針和焊盤就越小。因此，對(duì)齊變得更加困難。

信號(hào)針和焊盤的精確對(duì)準(zhǔn)對(duì)于連接器的峰值性能至關(guān)重要。如果錯(cuò)位，在某些情況下，不僅會(huì)導(dǎo)致性能下降，還可能導(dǎo)致連接完全失效（開路）。但是，當(dāng)連接器被放置在PCB上時(shí)，信號(hào)針和焊盤是不可見的，你如何確認(rèn)精確對(duì)準(zhǔn)？工程師如何能在他們的系統(tǒng)內(nèi)輕松而正確地確認(rèn)對(duì)準(zhǔn)，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的性能達(dá)到預(yù)期的效果有信心？

有些人通常傾向于用安裝螺絲來解決錯(cuò)位的問題。然而，必須考慮的一個(gè)因素是，與螺絲孔的尺寸本身相比，五金螺絲的外徑并不精確。而且，PCB的可制造性可能受到限制，公差可能比連接器裝配位置公差允許的要寬松得多。下面我們看到一個(gè)安裝螺絲不完全對(duì)齊的例子。

即使在裝配連接器的過程中很小心，當(dāng)螺絲被擰緊到最終位置時(shí)，連接器上的力會(huì)導(dǎo)致它們旋轉(zhuǎn)。下面的圖片提供了一個(gè)例子，如圖所示：(a)和(b)均為1.35 mm, 90 GHz連接器。雖然視覺上被放大以清楚地顯示錯(cuò)位，但在裝配過程中識(shí)別錯(cuò)位是非常困難的。通常直到性能下降，需要進(jìn)一步檢查時(shí)，這種情況才會(huì)顯現(xiàn)出來。即使錯(cuò)位變得很明顯，在電路板組裝過程中糾正精確對(duì)準(zhǔn)仍然是非常困難的。錯(cuò)位到"(a) "中所示的順序?qū)?dǎo)致發(fā)射時(shí)的電容性負(fù)載。連接器的接地體離表面布線太近。

此外，如果連接器四處移動(dòng)，有可能會(huì)降低甚至破壞PCB上的焊盤。

下面的TDR圖表說明，當(dāng)測(cè)量上面提到的同一個(gè)1.35毫米的連接器時(shí)，當(dāng)發(fā)生上圖所示的錯(cuò)位量時(shí)，會(huì)引入一個(gè)大約8歐姆的電容性下降。當(dāng)使用非常寬的帶寬時(shí)，即使是很小的錯(cuò)位也會(huì)對(duì)結(jié)果的性能產(chǎn)生很大影響。此外，在性能分析、故障排除和糾正措施方面所損失的時(shí)間可能是極其昂貴的。

在頻域中檢查相同的1.35毫米連接器時(shí)，我們看到更好的對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致在大頻率范圍內(nèi)改善回波損耗：

【解決方案】

射頻行業(yè)中開發(fā)了一種新的技術(shù)，用于在測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用中使用螺紋壓縮安裝連接器時(shí)實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)。這項(xiàng)新技術(shù)來自Samtec，由于使用方便，可以徹底改變這些連接器在PCB上的組裝方式。它在執(zhí)行上是直接和簡(jiǎn)單的，但在實(shí)現(xiàn)最佳連接器性能方面是非常有效的。

該技術(shù)提供了一個(gè)視覺指南。這在以前是不可能的，因?yàn)楫?dāng)連接器被組裝到PCB上時(shí)，連接器的中心針與焊盤的對(duì)齊是隱藏的。

視覺指南采用了對(duì)準(zhǔn)槽（或凹槽）和靶標(biāo)的組合。對(duì)準(zhǔn)槽被銑進(jìn)壓縮安裝連接器的腳部。在創(chuàng)建PCB布局時(shí)，可以結(jié)合靶標(biāo)來匹配這些凹槽的位置，這使得檢查組裝后的連接器的位置精度變得非常容易。

由于凹槽與PCB上的靶標(biāo)對(duì)齊，安裝孔位置和焊盤位置之間的任何偏移都很容易被注意到；因此，消除了對(duì)影響后續(xù)性能測(cè)量的裝配效果的任何懷疑。凹槽與靶標(biāo)對(duì)齊，可確保連接器的中心針在PCB焊盤上的中心位置。這種技術(shù)可用于微帶/CPWG和帶狀線連接器。

以下是一個(gè)推薦的PCB布局，使用1.35毫米的微帶連接器，帶有靶標(biāo)：

下面顯示了1.35毫米微帶連接器的規(guī)格，其對(duì)準(zhǔn)槽與上述推薦的PCB布局相吻合：

當(dāng)看下面的VSWR圖時(shí)，一個(gè)完美對(duì)齊的1.35毫米連接器的VSWR圖，該連接器是使用視覺對(duì)齊過程（例如將對(duì)準(zhǔn)槽與PCB上的靶標(biāo)相匹配）組裝的，我們看到出色的性能結(jié)果；特別是在50GHz到80GHz之間。在連接器的截止頻率處，VSWR甚至低于1.2:1。為了徹底了解性能特點(diǎn)，我們?nèi)×耸畟€(gè)樣品。

當(dāng)把儀器測(cè)試電纜穿到壓縮安裝的連接器上時(shí)，可以使用防旋轉(zhuǎn)工具來固定連接器的位置。推薦的步驟是：

01?使用前面提到的視覺對(duì)準(zhǔn)功能，將螺紋壓縮安裝連接器固定到電路板上。

02?使用防旋轉(zhuǎn)工具，將電纜組件連接器擰到電路板連接器上。使用扭矩扳手來轉(zhuǎn)動(dòng)電纜組件連接器，并使用防旋轉(zhuǎn)工具來穩(wěn)定電路板連接器，確保在最后完成裝配過程時(shí)發(fā)生最小的移動(dòng)。

【結(jié) 論】

隨著數(shù)據(jù)速率接近224Gbps PAM4，對(duì)精密、高頻壓縮安裝測(cè)試連接器的需求繼續(xù)增加。然而，連接器的中心針與焊盤的正確對(duì)齊對(duì)于最佳性能和結(jié)構(gòu)的預(yù)期表現(xiàn)是至關(guān)重要的。這種新的視覺對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，即使用帶有對(duì)準(zhǔn)凹槽的連接器主體來輕松地與PCB上的靶標(biāo)進(jìn)行視覺對(duì)準(zhǔn)，正在被業(yè)界廣泛采用，并可能會(huì)繼續(xù)普及。

以上討論的對(duì)準(zhǔn)槽已被納入Samtec的垂直壓縮安裝1.35毫米、1.85毫米、2.40毫