什么决定连接器回波损耗和插入损耗?

当与高速或高频信号一起使用时，这些连接器将产生一些回波损耗和插入损耗。

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复杂系统中的电子元件也不总是局限在一块电路板上，需要一些连接器。从概念上讲，这允许在多个板之间进行互连，但设计不当的多板互连会导致一些连接器回波损耗和插入损耗。

连接器回波损耗与插入损耗

连接器是通信系统中发射机和接收机之间的信号通路中的许多传输线元件之一mutli-board系统。在讨论互连时，大多数设计人员倾向于将过孔视为电感阻抗不连续。换句话说，互连中的通孔在高频时就像电感一样，如果设计不当，可能会产生一些反射。然而，连接器的行为也与它们自己的短传输线非常相似。它们也有自己的阻抗，决定信号如何与连接器相互作用。

尽可能地我们希望连接器是完美的但事实是，当放置在互连中时，它们会产生一些返回和插入损耗。导致连接器回波损耗和插入损耗的主要机制是由连接器上的表面贴装垫引起的阻抗不匹配。通孔连接器也会产生一些插入损耗，因为引脚的行为类似于电感/电容阻抗不连续(详见下文)。

一旦信号到达具有较宽铜的SMD连接器垫，这段走线的单位长度电容就会变大，从而降低连接器垫处走线的特性阻抗。这种容性阻抗不连续引起信号反射，并导致连接器回波损耗和插入损耗。

消除这个问题的一种方法是在连接器下面(即在第三层)使用第二个小接地层。将一个切口置入信号层以下的接地面这与连接器衬垫强制走线参考第三层的接地面的尺寸相同。这增加了电容，有助于减少电容阻抗不连续，从而降低了连接器的回波损耗。

PCB连接器中的切断区域，用于减少连接器的回波损耗和插入损耗

使用合适的切割尺寸将最大限度地减少走线和连接器之间的阻抗不匹配。除了这种简单的设计选择之外，您可能还需要为连接器设计阻抗匹配网络。一个例子是使用磁性终止的RJ45连接器在信息产业部/ RMII路由。

在高频率/数据速率下(即高速背板中使用的14ghz时钟速率)，互连中还有其他损耗来源，包括表皮效应和编织效应损耗。由于这种高速互连的粗糙度造成的损耗是高速网络设备中经常使用连接器和电缆的原因之一。

通孔连接器的其他信号完整性问题

通孔连接器可以像通孔插脚一样工作，并且可以在某些频率上共振。通孔连接器上的引脚将具有一组共振频率，在该频率下信号中的电磁场可以形成驻波，该驻波将强烈辐射。下式显示了沿引脚轴线的近似谐振频率:

通孔连接器上引脚的共振频率

请注意，即使连接器的阻抗与其互连相匹配，也会在这些频率上发生共振。如果连接器的阻抗不匹配，共振仍然会发生，这些频率将略有不同;频率将被移到更低的值，并将出现在最低次谐波的偶数倍。

也有共振发生沿径向在更高的频率，尽管超越方程确定这些频率是更难以评估。这些径向共振频率彼此之间没有整数或有理数倍的关系;相反，它们是通过求解一个超越方程来确定的，这个超越方程涉及沿销壁的圆柱形贝塞尔和汉克尔函数。要得到最低阶径向共振频率的粗略估计，只需将最低阶轴向频率(从上述方程中得到)乘以连接器引脚的长径比。

请注意，通孔连接器中的多个引脚也像串联的一组电容器。由于引脚之间的间距短，以及它们的圆柱形几何形状，有很强的电容和电感引脚之间的耦合。引脚的电容性将在更高的频率下占主导地位，导致强大的相声针之间。

即使在阻抗匹配的连接器中，共振和耦合的问题也是表面贴装连接器在高频下更可取的原因之一。引脚之间的耦合是高速或高频连接器上的引脚布置应在信号引脚之间设置返回路径的原因之一。高速串行信号引脚的安排也有助于防止耦合，因为这模拟微分信号，其中每个反相/非反相信号对由接地引脚分开。

高速串行信号对的通孔引脚布置示例

将连接器添加到电路中需要正确的机械CAD工具，但您也可以使用正确的工具分析连接器回波损耗和插入损耗PCB设计与分析软件包中。Allegro PCB DesignerCadence已经满了分析工具套件在电路中使用连接器轻松执行重要的信号完整性模拟，提供对其行为的全面视图。

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