Samtec技术前沿 | 全新对准功能确保测试和测量应用中的精确对准

【摘要/前言】

Samtec开发了一种创新的易于使用的对准技术，以确保测试和测量应用中的精密、高频压缩安装连接器的峰值性能。下面解释了我们所看到的趋势，并概述了我们针对出现的常见对准挑战所开发的解决方案。
 

 
 
【问题所在】          
随着数据传输率的不断提高（224Gbps PAM4），对带宽超过90 GHz的精密、高频率压缩安装测试连接器的需求也在不断增加。这在一定程度上是由于与焊接式连接器解决方案相比，压缩安装具有已知的性能优势，以及焊接工艺变化对PCB和连接器结构的影响。

螺纹压紧式连接器，即使用安装硬件将连接器压紧在PCB上，在更高的频率下运行，因此在测试应用中变得很普遍。此外，随着PCB上高速连接的数量不断增加，压缩安装连接器也提供了许多额外的优势： 
 
01. 相对紧凑，这意味着可以在一块PCB上并排放置一些，所占用的空间比传统上需要的要少得多。
02. 可以放在PCB上的任何地方。这使得它们可以被放置在靠近信号需要到达的设备的地方。
03. 能够被重复使用。 
04. 可以很容易地连接到PCB上的微带/CPWG或带状线
 
随着频率要求的提高，这将反过来影响互连中的信号针和焊盘的尺寸（包括我们在本文中重点讨论的螺纹压缩安装产品）。这意味着，频率越高，信号针和焊盘就越小。因此，对齐变得更加困难。

信号针和焊盘的精确对准对于连接器的峰值性能至关重要。如果错位，在某些情况下，不仅会导致性能下降，还可能导致连接完全失效（开路）。但是，当连接器被放置在PCB上时，信号针和焊盘是不可见的，你如何确认精确对准？工程师如何能在他们的系统内轻松而正确地确认对准，从而对结构的性能达到预期的效果有信心？

有些人通常倾向于用安装螺丝来解决错位的问题。然而，必须考虑的一个因素是，与螺丝孔的尺寸本身相比，五金螺丝的外径并不精确。而且，PCB的可制造性可能受到限制，公差可能比连接器装配位置公差允许的要宽松得多。下面我们看到一个安装螺丝不完全对齐的例子。

即使在装配连接器的过程中很小心，当螺丝被拧紧到最终位置时，连接器上的力会导致它们旋转。下面的图片提供了一个例子，如图所示：(a)和(b)均为1.35 mm, 90 GHz连接器。虽然视觉上被放大以清楚地显示错位，但在装配过程中识别错位是非常困难的。通常直到性能下降，需要进一步检查时，这种情况才会显现出来。即使错位变得很明显，在电路板组装过程中纠正精确对准仍然是非常困难的。错位到"(a) "中所示的顺序将导致发射时的电容性负载。连接器的接地体离表面布线太近。
 

 
此外，如果连接器四处移动，有可能会降低甚至破坏PCB上的焊盘。
下面的TDR图表说明，当测量上面提到的同一个1.35毫米的连接器时，当发生上图所示的错位量时，会引入一个大约8欧姆的电容性下降。当使用非常宽的带宽时，即使是很小的错位也会对结果的性能产生很大影响。此外，在性能分析、故障排除和纠正措施方面所损失的时间可能是极其昂贵的。

在频域中检查相同的1.35毫米连接器时，我们看到更好的对准导致在大频率范围内改善回波损耗： 

 
【解决方案】         
射频行业中开发了一种新的技术，用于在测试和测量应用中使用螺纹压缩安装连接器时实现精确对准。这项新技术来自Samtec，由于使用方便，可以彻底改变这些连接器在PCB上的组装方式。它在执行上是直接和简单的，但在实现最佳连接器性能方面是非常有效的。  
 
该技术提供了一个视觉指南。这在以前是不可能的，因为当连接器被组装到PCB上时，连接器的中心针与焊盘的对齐是隐藏的。
视觉指南采用了对准槽（或凹槽）和靶标的组合。对准槽被铣进压缩安装连接器的脚部。在创建PCB布局时，可以结合靶标来匹配这些凹槽的位置，这使得检查组装后的连接器的位置精度变得非常容易。 

由于凹槽与PCB上的靶标对齐，安装孔位置和焊盘位置之间的任何偏移都很容易被注意到；因此，消除了对影响后续性能测量的装配效果的任何怀疑。凹槽与靶标对齐，可确保连接器的中心针在PCB焊盘上的中心位置。这种技术可用于微带/CPWG和带状线连接器。
以下是一个推荐的PCB布局，使用1.35毫米的微带连接器，带有靶标： 
 

 
下面显示了1.35毫米微带连接器的规格，其对准槽与上述推荐的PCB布局相吻合： 

当看下面的VSWR图时，一个完美对齐的1.35毫米连接器的VSWR图，该连接器是使用视觉对齐过程（例如将对准槽与PCB上的靶标相匹配）组装的，我们看到出色的性能结果；特别是在50GHz到80GHz之间。在连接器的截止频率处，VSWR甚至低于1.2:1。为了彻底了解性能特点，我们取了十个样品。  

 
当把仪器测试电缆穿到压缩安装的连接器上时，可以使用防旋转工具来固定连接器的位置。推荐的步骤是：

01. 使用前面提到的视觉对准功能，将螺纹压缩安装连接器固定到电路板上。 

02. 使用防旋转工具，将电缆组件连接器拧到电路板连接器上。使用扭矩扳手来转动电缆组件连接器，并使用防旋转工具来稳定电路板连接器，确保在最后完成装配过程时发生最小的移动。

【结  论】     
随着数据速率接近224Gbps PAM4，对精密、高频压缩安装测试连接器的需求继续增加。然而，连接器的中心针与焊盘的正确对齐对于最佳性能和结构的预期表现是至关重要的。这种新的视觉对准技术，即使用带有对准凹槽的连接器主体来轻松地与PCB上的靶标进行视觉对准，正在被业界广泛采用，并可能会继续普及。  

以上讨论的对准槽已被纳入Samtec的垂直压缩安装1.35毫米、1.85毫米、2.40毫米和2.92毫米板级连接器。有关产品规格或下单订购，请联系我们。