隨著越來越多的傳感器連接到系統，需要快速、可靠和安全地傳輸更多數據，對帶寬和設計復雜性的需求也在增加。優先考慮的是確保從 A 發送到 B 的信號不會失真。
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確保信號完整性
對于設計依賴于持續準確數據流的數據密集型應用程序的工程師來說，確保信號完整性至關重要，例如物聯網、工業 4.0 和互連生態系統。最重要的是，在高比特率和長距離下，噪聲、失真、插入/回波損耗和串擾等影響可能會使電信號降低，以至于發生錯誤和設備或系統故障。
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為了實現無縫連接，連接器性能應被視為等式的一部分。決定數據傳輸成功的其他關鍵因素包括電纜本身的質量和性能、連接器布線和連接設備之間的接口以及發射器和接收器的質量。平衡布線性能由多個參數定義。最相關的是衰減（插入損耗）、反射（回波損耗）、近端串擾 （NEXT） 和遠端串擾 （FEXT）。事實上，電纜連接器組件設計中的每一個決定最終都會影響信號完整性。
要優化產品以實現高速數據傳輸，必須克服 10 個關鍵設計挑戰：
1） 傳輸線
電纜連接丟失會影響信號傳輸。信號頻率越高，損耗越強。由于信號的最大所需頻率 （fMAX） 相對于它需要傳輸的距離來說更高，因此需要用高頻模型替換簡化的集總電路模型，例如傳輸線公式甚至全波麥克斯韋方程組。金屬表面的直流連接不再能保證高速連接。
2） 信號衰減
反射和衰減是信號衰減的兩種主要機制。在變送器和連接器的交叉處可能會發生劣化。如果發射器的輸入阻抗與連接器的輸入阻抗不同，則部分輸入能量將反射到發射器。由于金屬或介電損耗，一些剩余的能量將在連接器中損失，并且波將到達連接器的另一側。雖然反射是連接器信號丟失的最重要機制，但衰減是電纜中丟失的主要機制。除了這兩種效果外，其他線對的噪聲和串擾也會引起問題。
由于衰減和阻抗不匹配而導致的信號衰減：a） 在發射器側，b） 在電纜和接收器側。
3） 阻抗匹配
為了優化阻抗匹配（V/I 或 E/H 比率），應考慮所有元件的觸點直徑、觸點之間的距離、觸點形狀因子和材料類型等因素。連接器的設計會影響 NEXT 和 FEXT 性能，并且連接器也必須針對這些約束進行優化。
沒有和有針對阻抗匹配優化的設計的連接器之間的區別。
4） 串擾
重要的是要確定在平行信道中運行的波是否相互作用以及強度如何，從而產生干擾（串擾）。為了在物理層中實現通常的 1e-12 誤碼率 （BER），電纜連接器組件的參數之一是 NEXT 和 FEXT 串擾的電平，即電纜中從一個通道到另一個通道的場耦合。為了最大限度地減少串擾，引腳的位置和信號對引腳布局的歸因都至關重要。?
比較同一連接器中具有不同信號分配方式的兩種串擾。
5） 矢量網絡分析儀 （VNA）
數據協議提供數據傳輸參數（插入損耗、回波損耗、串擾、噪聲）的規范值，以確保系統各個組件（發射器、接收器、電纜、連接器）的兼容性，以便它們可以適當地協同工作。典型協議包括以太網、USB、SDI、DP 和 HDMI。針對定義的協議優化設計后，需要測試物理連接器-電纜組件原型，以使用矢量網絡分析儀 （VNA） 驗證完整的特性。它測量元件電氣連接處反射和透射的波參數與頻率的關系，即所謂的散射參數或 S 參數。典型的待測設備沒有執行測量所必需的同軸接口，因此通常需要將測試夾具插入儀器的同軸接口和被測設備 （DUT） 之間，例如 PCB、封裝、連接器或電纜。要將電纜連接器組件連接到 VNA 設備，需要根據所需的帶寬設計高速精密 PCB。
用于 VNA 測量的 PCB 夾具示例
6） 幾何優化
任何幾何實體都可能改善或干擾從連接器一側到另一側的能量流。因此，每個高速相關設計都必須針對機械、電氣、信號完整性和 EMI/EMC 性能的各個方面進行交叉優化。需要考慮的主要影響參數是連接器設計、電纜長度、電纜性能（損耗）以及 1 Gb/s 以上的受控和可重復的電纜組件和灌封過程。
具有 9 個觸點的?Fischer MiniMax? 系列是專門設計用于使用單一協議 （USB 3.2） 實現高速數據傳輸的連接器示例。
7） 阻抗測量
通過觀察縱向場分布確保掌握橫向電磁 （TEM） 傳播模式后，必須確保正確設計引腳直徑及其分布以實現正確的阻抗。連接器的設計會影響 NEXT 和 FEXT 性能，并且連接器也必須針對這些約束進行優化。對于阻抗測量，可以使用時域反射計 （TDR） 設備。?
8） 去嵌入
必須使用去嵌入從測量結果中消除 PCB 夾具的影響。建議實施 IEEE 370-2020 標準，以確保最佳的 PCB 制造和去嵌入工藝。?
9） SerDes 模擬
物理層通信系統的整體速度取決于物理層的架構以及發射器和接收器的規格。在許多應用中，通信鏈路的特殊配置可能與標準中的規范不同。系統級串行器/解串器 （SerDes） 仿真用于測量電纜連接器組件的數據傳輸速率。仿真可以用眼圖直觀地表示，其中位的疊加形成一個“眼睛”形狀，一目了然地了解系統和關鍵連接參數。該圖顯示了信號傳輸是否以所需的速度進行，以及它對干擾的敏感性。
5 Gb/s 時 MiniMax 鏈路的 SerDes 模擬：a） 眼圖顯示了 USB 3.2 Gen 1 的最小眼圖張開度，b） 接收器端口的浴盆定時曲線和抖動計算。
10） 鏈接優化
在許多情況下，通道眼圖是閉合的。通過包括連續時間線性均衡 （CTLE）、決策反饋均衡 （DFE） 或其他方法等信號調節技術，可以打開眼圖。
為了優化產品以實現高速數據傳輸并防止信號失真，工程師應從一開始就設計信號完整性。通過采用整體連接方法（從發射器到接收器），可以避免上述常見陷阱。此外，還需要在組件和系統層面全面測試相關的連接技術。
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安裝與使用---實踐)
