1.3.9 连接器的电磁性能及信号完整性

近年来，高速数字传输系统的信号完整性问题已经引起了广泛的关注，其中高速连接器作为高速数字传输系统中的“桥梁”，其电磁性能对系统的传输性能的影响已经不容小视，在整个传输系统中的作用举足轻重，也成为电连接技术研究的新热点。为了能够得到连接器在电磁环境下的特性，可借助电磁仿真软件HFSS，对任意三维结构电磁场全波仿真。基于频域有限元技术，针对射频、微波以及信号完整性设计领域，可求解从直流到几十GHz范围的任意三维结构的电磁场，得到特征阻抗、S参数。通过对特性阻抗及S参数的分析，预测连接器的传输性能、反射及匹配特性，计算辐射、色散、模式转换和材料频变效应等对信号传输的影响，从而对整个电子设计系统高速关键路径（子电路板/背板的高速信号线、过孔、电缆、封装、连接器等）进行设计和优化。

图1-47、图1-48是在设计连接器时，利用软件HFSS仿真电源连接器的屏蔽性能。图1-49～图1-53是鱼眼端子与PCB配合时信号完整性分析。

图1-47 连接器内部场强分布云图（5MHz屏蔽）

图1-48 电场强度（5MHz屏蔽）

通过仿真，得到了鱼眼端子与PCB配合时多余短柱长度对特性阻抗、插入损耗的影响。从图1-49可知，当多余短柱长度由0.20mm增加至0.80mm时，过孔阻抗呈不断下降趋势；多余短柱长度每增加0.20mm，过孔阻抗约下降3.2Ω。过孔多余短柱会使过孔阻抗下降。通孔多余的短柱，相当于在信号传播的等效电路中并联一段短截线，由此引起的附加电容会降低特性阻抗，从而导致阻抗不良，造成传输信号的反射，破坏信号的完整性性能。

图1-49 鱼眼端子与PCB配合信号完整性分析

由图1-50可知，随着多余短柱长度的增加，过孔损耗呈现出明显增加趋势。在15GHz时，多余短柱长度每增加0.20mm，过孔损耗增加0.4dB；插入损耗为-3dB时，随着短柱长度的增加，频率逐渐减小。这是由于多余短柱会导致过孔电容增加，且短柱越长电容越大，而电容增加会导致谐振频率降低，从而使谐振频率点附近的损耗变大。多余短柱越长，谐振频率越小。图1-51、图1-52是对过孔残桩长度进行优化后的阻抗曲线图，图1-53是测试与仿真结果插入损耗对比。

图1-50 短柱长度对过孔损耗的影响

图1-51 对过孔残桩长度进行优化后的阻抗

㊀ 1mil=25.4×10^-6m。

图1-52 优化过孔残桩长度后阻抗曲线图

图1-53 测试与仿真结果插入损耗对比