中心議題：
- 通信連接器的兩種類型
- 通信連接器的發(fā)展變化
- 連接器在有線系統(tǒng)中的應(yīng)用
- 連接器在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
- 連接器的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)
本講從通信連接器的兩種主要產(chǎn)品類型（光纖連接器和電連接器件）入手，介紹了通信連接器產(chǎn)品的發(fā)展變化，透過(guò)通信連接器在有線系統(tǒng)和在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例，解答工程師在通信連接器應(yīng)用方面的難題，最后介紹了通信連接器的模型分析情況，并給出了通信連接器有關(guān)信號(hào)完整性的幾點(diǎn)建議。
通信連接器屬于網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)互聯(lián)設(shè)備，所采用的連接器性能可能影響整個(gè)通信系統(tǒng)。目前，通信連接器產(chǎn)品的型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)很多，其中主要包括光纖連接器和電連接器件。隨著應(yīng)用對(duì)象、頻率、功率和應(yīng)用環(huán)境等的不同，需要各種不同形式的通信連接器。在進(jìn)行通信連接器的選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇適用的連接器：需要熟悉和了解各種連接器的性能，考慮網(wǎng)絡(luò)向高速網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)的建設(shè)成本和硬件升級(jí)等問(wèn)題，提出接口要求；并綜合考慮連接器的性能、價(jià)格和發(fā)展。
在光纖通信鏈路中，為了實(shí)現(xiàn)不同模塊。設(shè)備和系統(tǒng)之間靈活連接的需要，必須有一種能在光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸(活動(dòng))連接的器件，使光路能按所需的通道進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)和完成預(yù)定或期望的目的和要求，能實(shí)現(xiàn)這種功能的器件就叫光纖連接器。光纖連接器就是把光纖的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來(lái)，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到最小。在一定程度上，光纖連接器也影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。
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通信中的電連接器使電流在電路內(nèi)被阻斷處或孤立不通的電路可以流通，使電路實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。有些連接器被做成普通插座的形式，在線纜工業(yè)中得到廣泛認(rèn)可和使用。通信網(wǎng)絡(luò)的連接往往取決于所用的媒體，所以，通常是按不同的連接介質(zhì)、連接方式和應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)討論連接器的，通常包括多線電纜連接器、雙絞線連接器和同軸電纜連接器。其中多線電纜連接器包括DB連接器和DIX連接器以及DIN連接器等；雙絞線連接包括RJ45和RJ11；同軸電纜連接器包括T連接頭和BNC連接器及終端電阻。而其中廣泛應(yīng)用的射頻同軸連接器從連接類型來(lái)分又分為螺紋連接型、卡口連接型和直插推連接型。
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無(wú)論是光纖連接器還是電連接器件，都在不斷向前發(fā)展，下面是對(duì)這兩種通信連接器發(fā)展情況的一個(gè)小結(jié)。
通信連接器的發(fā)展變化
受我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)的影響，射頻連接器市場(chǎng)出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)頭。隨著電信行業(yè)的發(fā)展，從最初只是語(yǔ)音的應(yīng)用，發(fā)展到現(xiàn)在有了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電視等應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率的要求越來(lái)越高。為了傳輸更高的速率，光纖開始替代傳統(tǒng)的銅纜，尤其是在RRH方面開始采用光纖進(jìn)行連接，不僅大大提高了長(zhǎng)距離大容量的傳輸速率，同時(shí)成本相對(duì)銅軸電纜也會(huì)降低。隨著光纖在通信基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，光纖連接器的需求逐步增加。
伴隨著無(wú)線通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，“板對(duì)板”同軸連接器在無(wú)線系統(tǒng)模塊互聯(lián)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如：通信基站、RRH、直放站、GPS設(shè)備以及其它類似應(yīng)用等。最初，射頻模塊板間主要依靠電纜組件進(jìn)行連接，但是，隨著產(chǎn)品小型化，部件之間的連接越來(lái)越緊湊，電纜組件已無(wú)法滿足要求，板對(duì)板連接器因此應(yīng)運(yùn)而出，同時(shí)從有限容差向大容差方向發(fā)展。
在電子互連元器件領(lǐng)域，金屬是非再生的原材料，而合成材料可以循環(huán)使用，在大量生產(chǎn)時(shí)合成材料比金屬材料更具成本優(yōu)勢(shì)。合成材料相對(duì)金屬重量大幅降低，對(duì)設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)，重量減輕，運(yùn)輸成本也相應(yīng)降低。另外，合成材料在抗腐蝕性方面的性能也非常好，相比金屬材料更能適應(yīng)嚴(yán)苛的室外環(huán)境。通信連接器對(duì)合成材料的采用可能成為一個(gè)趨勢(shì)。
隨著近兩年外資企業(yè)也開始將研發(fā)基地逐步向中國(guó)遷移，中國(guó)將成為電信業(yè)最核心的市場(chǎng)。下面針對(duì)其中的通信市場(chǎng)，分別列舉出連接器在有線系統(tǒng)和在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。
連接器在有線系統(tǒng)中的應(yīng)用
圖1 PSTN網(wǎng)交換機(jī)
圖1所示為一個(gè)PSTN網(wǎng)的交換機(jī)，該交換機(jī)由7個(gè)部分組成。除了機(jī)箱尺寸的區(qū)別，機(jī)箱底部是一個(gè)機(jī)架的管理模塊，它包括管理模塊、傳輸背板和傳輸模塊。最前面有子板、載板、電源板，以及風(fēng)冷系統(tǒng)、電扇托板。在交換機(jī)中，它的主要載板就是電話信息的傳輸以及輸入/輸出的連接，輸入/輸出系統(tǒng)所組成的只有很少的電腦板以及信令控制板。
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任何網(wǎng)絡(luò)都需要連通性，以便把單個(gè)設(shè)備組合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)中，連接器扮演重要角色：首先，它能把單個(gè)設(shè)備進(jìn)行電連接，形成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；另一方面，如今都采用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，使不同公司制造的設(shè)備能相互連接在一起工作，從而在某個(gè)街區(qū)構(gòu)建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以滿足商業(yè)或社區(qū)的需求。
因此，在有線通信系統(tǒng)中，連接器的作用主要有三個(gè)方面：首先，能在單個(gè)設(shè)備內(nèi)的電路板和單個(gè)電元件間實(shí)現(xiàn)電連接；第二，如果采用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，就能使不同公司制造的設(shè)備相互連接在一起工作，從而在某個(gè)街區(qū)構(gòu)建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以滿足商業(yè)或社區(qū)的需求；第三，通過(guò)設(shè)計(jì)達(dá)到可靠的功能，以承受已知的工作環(huán)境和設(shè)備服務(wù)期內(nèi)的工作強(qiáng)度。
針對(duì)有線通信系統(tǒng)對(duì)連接器的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮如下幾個(gè)方面：
• 鍍金接觸界面，用于保證更高的耐磨性和良好的電特性；
• 冗余的接觸界面，保證高可靠性；
• 可選擇氣密性連接或PCB焊接；
• 殼體外部特征要便于插入時(shí)導(dǎo)正和導(dǎo)向；
• 用不同的插針高度保證信號(hào)和接地的先后連接順序；
• 大功率電源要用特殊的端子，和信號(hào)的接觸端子要有所區(qū)別；
• 要保證EMI特性和機(jī)箱接地。
圖2 連接系統(tǒng)中典型的背板連接器的設(shè)計(jì)
圖2是典型的連接系統(tǒng)中背板連接器的設(shè)計(jì)。它可以提供三種端子長(zhǎng)度，即接地端子、信號(hào)1端子、信號(hào)2端子三個(gè)端子的長(zhǎng)度是不同的。這是為了保證插座和插針在互相連接的時(shí)候，如果接反了，就無(wú)法插入。第二個(gè)是中間部分，它是用于安裝維修用的，整個(gè)插針板在插入的過(guò)程中，可以用來(lái)導(dǎo)向，甚至可以保證編碼和極性的正確。外壁用來(lái)保護(hù)端子和連接器的導(dǎo)向，這個(gè)端子就是插針部分，采用柔性插針。從右半部分圖中可以看到，外殼被拆除后，更清楚地顯示出了接觸面。它采用了雙柱冗余的接觸面設(shè)計(jì)，這樣可以大大提高接觸的可靠性。
連接器在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
圖3 典型的無(wú)線通信系統(tǒng)的基站內(nèi)部互聯(lián)
圖 3表示的是典型的無(wú)線通信系統(tǒng)的基站內(nèi)部互聯(lián)，以及它所需要的各種各樣的電子連接器。從圖中可以看出，左邊基站所要求的都是射頻連接器，右邊表示的是電源連接器、背板連接器、輸入/輸出連接器和印制電路板連接器。
圖4 基站控制器、移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)之間的典型互聯(lián)
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圖4表示的是基站控制器、移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)之間的典型互聯(lián)。這些互聯(lián)也用到了多種連接器。
移動(dòng)手機(jī)用的開關(guān)式同軸連接器主要用于提供手機(jī)內(nèi)的天線和汽車外部天線之間的信號(hào)的切換。這種開關(guān)式的連接器，它的表面安裝有三種高度，分別是3.5mm、4.5mm和6.0mm。表面安裝開關(guān)式連接器直接和手機(jī)天線連接。由于功率元件和天線或開關(guān)間距離短，因此內(nèi)部沒(méi)有電纜，信號(hào)傳輸非常好。它的性能指標(biāo)如下：
• 工作頻率：高達(dá)2.4GHz
• 標(biāo)準(zhǔn)阻抗：50歐姆
• VSWR：1GHz時(shí)為1.15:1；2GHz時(shí)小于1.20:1
• 插入損耗：2GHz時(shí)最大為-0.30dB
• 使用壽命：30,000 次
• 溫度范圍：-40℃到+85℃
無(wú)線通信系統(tǒng)中所采用的電源連接器（圖5）的種類包括一體化背板電源系統(tǒng)、子板/堆疊用連接器、信號(hào)母線到板之間的連接器、板到板的電源連接器、電源到電纜/電纜到印刷板連接器、微處理器所用電源連接器以及電源輸入所用連接器。
圖5 無(wú)線通信系統(tǒng)的電源連接器
通信連接器無(wú)論是在有線系統(tǒng)和還是在無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用中，其連接器的信號(hào)完整性都顯得非常重要，下面是有關(guān)連接器信號(hào)完整性的相關(guān)介紹。
連接器的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)
連接器在進(jìn)行信號(hào)完整性設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮：1、與整個(gè)互聯(lián)傳輸線阻抗的連續(xù)性；2、連接器各插針間的串?dāng)_；3、有時(shí)序要求，要考慮連接器上的延時(shí)。連接器的分析方法與一般的信號(hào)分析方法基本一樣，都是利用仿真軟件進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論。
連接器的模型分析和電路的模型分析是一樣的，只是要注意連接器和過(guò)孔效應(yīng)的精確建模、仿真對(duì)于預(yù)測(cè)信號(hào)質(zhì)量非常重要。
模型分析有五種情況：
• 多線模型 (MLM)： 適用于多插針連接器，包括接觸元件、接觸與接觸間耦合、接觸和屏蔽間耦合、焊盤間耦合等。除了SLM模擬的參數(shù)外，還能用來(lái)模擬串?dāng)_和地彈等。
• 單線模型 (SLM)： 適用于連接器中的單線，如高速信號(hào)傳輸線，可以用來(lái)模擬反射、時(shí)延和偏移、衰減以及信號(hào)傳輸質(zhì)量。
• S參數(shù)模型：主要應(yīng)用于頻域，可模擬吞吐量和串?dāng)_，通過(guò)時(shí)域變換，可產(chǎn)生阻抗、串?dāng)_、傳輸時(shí)延和眼圖等。
• IBIS模型：是一種基于V/I曲線的對(duì)I/O BUFFER快速準(zhǔn)確建模的方法，支持所有類型的連接器和多種不同連接器建模，如差分和不平衡信令、SLM(無(wú)耦合)、MLM(耦合)、模型級(jí)聯(lián)、板到板以及板到電纜等。
• SPICE模型：是最為普遍的電路級(jí)模擬程序，被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件。
信號(hào)完整性是貫穿于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的最重要的問(wèn)題之一，在此列出幾點(diǎn)建議：
• 對(duì)靈敏元件實(shí)施對(duì)噪聲器件的物理隔離；
• 阻抗控制、反射和信號(hào)終端匹配；
• 用連續(xù)的電源和地平面層；
• 布線中盡量避免采用直角；
• 差分對(duì)布線長(zhǎng)度要相等，以保證在接收端良好的抑制比；
• 高速電路設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮串?dāng)_問(wèn)題，包括近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_；
• 電源退耦問(wèn)題，也就是說(shuō)加在電路上的電源一定要通過(guò)電感電容的退耦。
