유연한 레이아웃으로 높은 신호 무결성을 지원하는 다중 핀 커넥터

전자 시스템 아키텍처가 반복될 때마다, 더 빠른 클럭과 클럭당 멀티비트 변조 기술이 전력 버스 옆에서 더욱 높은 밀도로 작동하면서, 데이터 전송률이 증가한다는 사실은 잘 알려져 있습니다. 이러한 환경에서 회로 상호 연결을 관리하려면 신호 무결성을 유지하고, 전송 손실을 최소화하고, 노이즈, 반사 및 누화에 대한 민감성을 줄이고, 최신 데이터 버스의 비트 오류율(BER) 요구 사항을 충족하기 위해 부단히 노력해야 합니다.

많은 사람들이 우려하는 중요한 영역은 신호 무결성 개선의 초점인 다중 핀 커넥터입니다. 차동, 싱글 엔드, 전력 신호가 결합된 많은 핀 수는 신중한 레이아웃과 상당한 유연성을 필요로 합니다. 또한 커넥터 접점은 높은 데이터 전송률과 긴 접점 수명에 대한 호환성을 보장하도록 설계되어야 합니다.

다양한 전자 상호 연결 솔루션을 제조하는 Samtec은 이러한 많은 문제를 해결하기 위해 고밀도 AcceleRate HD 어레이 커넥터(그림 1) 제품군을 확장했습니다.

그림 1: 고속 및 고주기 지원을 위해 설계된 암/수 쌍의 AcceleRate HD 개방형 핀 필드 어레이 커넥터를 보여줍니다(이미지 출처: Samtec).

이 커넥터 제품군은 초밀도 다중 행 커넥터로, 피치가 0.635밀리미터(mm), 폭이 5mm(0.197인치)에 불과합니다. 개방형 핀 필드 설계를 사용하여 레이아웃 유연성을 극대화하고, Edge Rate 접점은 삽입 손실을 낮추고 신호 무결성을 높여주므로 64Gbits/s ~ 112Gbits/s의 버스 속도와 높은 사이클 커넥터 수명을 제공합니다.

AcceleRate HD 어레이에는 행당 10개 단위로 10개 ~ 100개의 접점을 사용할 수 있습니다. 최대 4행, 총 40개 ~ 400개의 접점까지 가능합니다.

400접점 어레이 결합 세트의 예로는 ADM6-100-08.5-L-4-0-A-TR 수 커넥터와 ADF6-100-07.5-L-4-0-A-TR 암 커넥터를 들 수 있습니다. 이들 커넥터는 인쇄 회로 기판(PC 기판)에 표면 실장하기 위한 제품입니다. 도터 기판이 PC 기판 위에 결합되는 메자닌 제품은, 필요한 간격에 맞게 5mm, 7mm, 9mm, 10mm, 11mm, 12mm, 14mm, 16mm(0.197인치, 0.276인치, 0.354인치, 0.394인치, 0.433인치, 0.472인치, 0.551인치, 0.630인치) 결합 높이를 지원하는 리드 스타일로 수용됩니다.

오픈 핀 필드의 이점

커넥터에서 접점 기능은 설계에 따라 결정되는 것은 아니며, 접점의 물리적 배열과 다른 접점에 대한 상대적 위치가 영향을 미치게 됩니다. 이러한 유형의 상호 작용의 예로는 전력을 전달하기 위해 단면적이 큰 핀을 사용하는 경우를 들 수 있는데, 고전류의 경우 지름이 더 커야 하므로 접점 간 간격이 줄고 사용 가능한 최대 전압이 제한되게 됩니다. 이 경우 대안으로, 각 핀 위치를 사용할 수 있고 미리 정의된 기능이 없는 개방형 핀 필드를 사용하는 방법이 있습니다(그림 2). 개방형 핀 필드 설계는 동일한 상호 연결을 통해 차동 쌍, 단일 종단 신호 및 전원을 사용할 수 있도록 하여 접지 및 라우팅 유연성을 극대화합니다.

그림 2: 오픈 핀 필드 커넥터의 핀 위치는 모두 독립적이며 설계 과정에서 필요에 따라 할당할 수 있습니다(이미지 출처: Samtec).

핀 할당 방식은 다를 수 있는데, 차동 신호는 도체 간 분리를 위해 중간 핀을 열어두고 인접한 핀을 쌍으로 연결할 수 있습니다(녹색으로 표시됨). 단일 종단 전선은 중간 분리 핀의 유무와 상관 없이 별도의 핀에 할당할 수 있습니다(파란색으로 표시됨). 도체 지름이 더 커야 하는 전력 연결은 여러 핀을 병렬로 연결하여 만들 수 있습니다(빨간색으로 표시됨).

Edge Rate 접점 설계

Samtec AcceleRate HD 커넥터(ADM6-100-08.5-L-4-0-A-TR 및 ADF6-100-07.5-L-4-0-A-TR 포함)는 높은 신호 밀도와 기계적 유연성을 제공할 뿐만 아니라 최대 64Gbit/s PAM4(PCIe® 6.0/CXL® 3.2) 신호의 데이터 전송률을 지원하는 우수한 신호 무결성을 제공합니다. PAM4는 기존의 NRZ(Non-Return-to-Zero) 신호에 사용되는 두 가지 전압 레벨 대신 네 가지 전압 레벨을 사용하기 때문에 까다로운 신호입니다. 이렇게 하면 신호 진폭 변화가 3분의 1로 줄어들어 신호 대 잡음비(SNR)가 크게 개선됩니다.

Samtec은 고급 Edge Rate 접점 시스템을 통해 높은 신호 무결성을 제공함으로써 이러한 문제를 해결합니다(그림 3). 접점 표면이 밀링 처리되어 매끄러운 결합, 마모 감소, 고주기 사용을 위한 우수한 인성 등의 장점을 제공합니다.

그림 3: Edge Rate 접점 핀의 결합 표면은 마모를 줄이고 저저항 연결을 보장하기 위해 밀링 처리되어 있습니다(이미지 출처: Samtec, 저자가 주석을 담).

AcceleRate HD 커넥터는 구리 베이스에 금-니켈 도금된 제품이며, Edge Rate 접점은 50Ω 및 100Ω 상호 연결에 맞는 형상으로 설계되었습니다. 접점의 얇은 절단 모서리를 서로 마주보도록 정렬하여 브로드사이드 커플링과 누화를 최소화합니다.

결론

소형 폼 팩터에서 전력 및 고속 신호의 과제를 해결해야 하는 경우, Samtec의 AcceleRate HD 커넥터가 큰 도움이 될 수 있습니다. 신호 무결성을 유지하면서 소형 설치 공간에서 수백 개의 I/O를 처리할 수 있도록 설계 및 제조되었기 때문입니다.