【摘要】：無論是便攜的消費電子級產(chǎn)品、大型的企業(yè)級的服務(wù)器、還是極其貴重的航天飛機,在它們的電路系統(tǒng)中,都需要電連接器來實現(xiàn)組件或系統(tǒng)間的電力和數(shù)據(jù)的傳輸功能。但是隨著網(wǎng)絡(luò)速度的提升和存儲技術(shù)的發(fā)展,人們在單位時間內(nèi)需要處理的數(shù)據(jù)量越來越龐大,連接器上傳遞的信號速率越來越高。而高速信號陡峭的上升沿中所含有的大量高頻諧波成分對連接器結(jié)構(gòu)引起的各種寄生參數(shù)非常敏感,連接器傳輸線的阻抗不連續(xù)、串擾、噪聲、時間延遲、損耗等因素相互影響最終可能導(dǎo)致信號不能正確通過連接器傳輸?shù)浇邮斩�。在高速連接器的設(shè)計過程中,已經(jīng)不能僅僅滿足實現(xiàn)電路的邏輯和機械連接功能,更需對電連接器的信號完整性進行深入研究,需從傳輸線及電磁波的角度理解高速信號在電連接器上的傳播過程,通過連接器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,減少傳輸線的阻抗突變,減小寄生參數(shù)的影響,使得信號能夠正常不失真地完成在連接器上的傳輸過程。本文以一款常用于企業(yè)服務(wù)器的SAS(Serial Attached SCSI)硬盤連接器為研究對象,通過計算機輔助仿真,研究電連接器結(jié)構(gòu)對其信號完整性的影響。本文在建模軟件Pro/e中合理去除和電磁仿真無關(guān)的冗余結(jié)構(gòu),建立了SAS硬盤連接器的仿真模型并將其導(dǎo)入電磁仿真軟件HFSS(High Frequency Structure Simulator)中進行連接器的電磁仿真。通過仿真數(shù)據(jù)曲線,找到了幾處影響連接器信號完整性的結(jié)構(gòu):a)連接器插頭和插座相接觸部分,該部分存在的寄生電容使SAS硬盤連接器的阻抗降低;b)連接器插頭第二信號端口Pin針尾部彎折位置使得該端口Pin針的阻抗升高。本文針對這兩點對連接器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以實現(xiàn)連接器的阻抗匹配:優(yōu)化插頭和插座連接處Pin針末端結(jié)構(gòu)尺寸,減小插頭信號Pin針的長度,除去插座信號Pin針末端多余部分,適當除去信號Pin針周圍的介質(zhì),消除寄生容抗,使該點阻抗提升;優(yōu)化連接器插頭第二信號端口尾部彎折處殼體結(jié)構(gòu),在不影響連接器正常的焊接情況下,降低該點阻抗值。兩處優(yōu)化使得連接器中差分對的阻抗更穩(wěn)定,信號完整性性能得以提升。本文為得到SAS硬盤連接器性能精確的實測信息,選用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer,VNA)作為測試儀器,根據(jù)測試要求設(shè)計出SAS硬盤連接器測試夾具,并使用校準好的儀器測得SAS硬盤連接器的性能數(shù)據(jù)。將實測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)相對比,證明了本文中所進行的仿真結(jié)果是正確合理可信的。
[Abstract]:Whether it is portable consumer electronics, large enterprise-class servers, or extremely expensive space shuttles, electrical connectors are needed in their circuit systems to deliver power and data between components or systems. However, with the improvement of network speed and the development of storage technology, the amount of data that people need to deal with in a unit time is more and more large, and the signal rate transmitted on the connector is getting higher and higher. However, a large number of high frequency harmonic components in the steep rising edge of high speed signal are very sensitive to the parasitic parameters caused by the connector structure, the impedance of the connector transmission line is discontinuous, crosstalk, noise, time delay, The interaction of loss and other factors may result in the signal being incorrectly transmitted through the connector to the receiver. In the design process of high speed connector, it can not only realize the logic and mechanical connection function of the circuit, but also need to study the signal integrity of the electrical connector. The transmission line and electromagnetic wave should be used to understand the transmission process of high speed signal on the electrical connector. By optimizing the structure of the connector, the impedance mutation of transmission line and the influence of parasitic parameters should be reduced. Enables the signal to normally complete the transmission process on the connector without distortion. In this paper, a SAS (Serial Attached SCSI) hard disk connector, which is often used in enterprise servers, is studied. The effect of electrical connector structure on its signal integrity is studied by computer aided simulation. In this paper, the redundant structure independent of electromagnetic simulation is reasonably removed in the modeling software Pro/e, and the simulation model of the SAS hard disk connector is established and imported into the electromagnetic simulation software HFSS (High Frequency Structure Simulator) to carry out the electromagnetic simulation of the connector. By simulating the data curve, we find several structures that affect the signal integrity of the connector: a) the connector plug and the socket are in contact with each other. The parasitic capacitance in this part reduces the impedance of the SAS hard disk connector. The end bending position of the second signal port Pin pin of the connector causes the impedance of the Pin pin to increase. In this paper, the structure of the connector is optimized to realize the impedance matching of the connector: optimize the structure size of the end of the Pin pin at the plug and socket connection, reduce the length of the plug signal Pin pin, and remove the redundant part of the end of the socket signal Pin pin. The dielectric around the signal Pin pin is removed properly, the parasitic capacitance reactance is eliminated, the impedance of the point is raised, and the shell structure at the end of the second signal port of the connector is optimized to reduce the impedance value of the point without affecting the normal welding condition of the connector. The two optimizations make the impedance of the differential pair in the connector more stable and improve the signal integrity performance. In order to obtain the accurate measurement information of the performance of the SAS hard disk connector, the vector network analyzer (Vector Network Analyzer,VNA) is selected as the testing instrument. According to the test requirements, the test fixture of the SAS hard disk connector is designed. The performance data of SAS hard disk connector are measured by calibrated instrument. By comparing the measured data with the simulation data, it is proved that the simulation results in this paper are correct, reasonable and reliable.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP333.35

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本文編號：2223375