設計新一代介面是為了以更高的速度傳送更多資料;頻寬日益增長的需求,正推動著各種新應用的實現,其中晶片和連接器在速度上必須作出很大的改進,同時保持可接受的性能特徵,並能因應更高的系統運作溫度。

對速度的需求正引領系統設計演進,包括在更大的範圍內使用PAM4調變、保持高速下的訊號完整性,以及針對高速運行而開發及具有客製化特點和功能的連接器。

舉例來說,NRZ信令在很長一段時間以來都是產業標準,然而能處理56Gbps、100Gbps及更高資料速率的PAM4調變正在不斷成長。與NRZ方法相比,PAM4在速度上作出巨大的改善,缺點在於傳輸前必須將資料編碼,然後在收到後需解碼,因此要求額外的處理能力。然而,在數量不斷增長的PAM4應用中,更高速度性能足以抵銷上漲的處理成本。

儘管PAM4成為趨勢,但對於一些高速應用來說,NRZ仍然是一種可行的替代方案。這樣一來,背板連接器便應運而生,它在PAM4和NRZ設計中都可以提供超過50Gbps的資料速率。與在線光束相比,這類背板可以最佳化訊號完整性表現並改善插入損耗,使介面的共振頻率超過30GHz。

這類增強速度的背板必須針對更高資料速度下可能發生的阻抗不連續、增加的串擾及電磁干擾而提供保護。此外,背板還需要向下相容(適合現有接頭使用),從而可整合到現有的設計中。舉例來說,若只增強子卡的功能,那麼就可使用相同的接頭。

隨著速度不斷增加,保持訊號完整性也會帶來挑戰。一個替代方案就是用高速銅纜,從印刷電路板上轉移出高速訊號。透過使用QSFP纜線組件和連接器介面這類新技術,可以同時在50Gbps的NRZ和50Gbps的PAM4即時編碼序列通訊中採用此一替代方法。

高速連接帶來的另一問題是產生更多的熱量。如堆疊式連接器可提供更高的速度,但與標準互連系統相比,將消耗更多功率,在100Gbps約消耗4.5~5W,並產生更多的熱量。

在模組中,一般必須將溫度保持在70℃以下,而在外殼中則必須將環境溫度保持在45℃以下。這樣一來,便需要新的熱管理方法。一個方案就是採用專門設計的內置散熱片和保持架,從而最佳化空氣運動,這樣可以使模組溫度降低9 ℃。預計下一代的模組支援的功率將不低於7W,這樣的熱控制策略確實日益重要。

設計新型介面的另一個方法,就是採用高速夾層系統,可以為架構設計人員提供更佳的設計靈活性。這種模組化的系統配有可調差分對,較低堆疊高度,以及順應針端接方式,並且使用交錯介面配置的模組化系統,可以提供高達28Gbps的資料速率,可用於需要更高速度及更小尺寸、空間受約束的電訊、自動化和醫療應用。

有時印刷電路板需重複使用或再加工(rework),但夾層系統(mezzanine systems)中使用的傳統SMT連接器採取永久固定方式,這就不可能讓PCB被重複使用。而且,在某一處SMT端接(termination)失效時,若要嘗試將其再加工則會造成短路。

能做為替代方法的壓接式夾層連接器(press-fit mezzanine connectors)允許重複使用,但是一般會降低訊號完整性。有新技術可透過提供順應針(compliant-pin)端接解決這些問題,同時使近端和遠端串擾降至最低,達到SMT連接器的訊號完整性。此外,順應針還可使設計人員對電路板再加工,在使系統使用率達到最高的同時,無需犧牲訊號的完整性。

最後,可大幅縮短系統設計模擬所需時間的新型設計工具正開發中;在傳統的模擬中,各個組成部分都會個別進行模擬,可能需一到兩週時間完成設計模擬工作。以軟體為基礎的新方法採用預模擬(pre-simulated)模型庫,以典型的設計、材料、軌跡和通孔為基礎,設計人員選擇需要的模型,然後幾乎即時可得到結果。

在當前以及未來,新的互連解決方案必須滿足日益提高的網路頻寬和先進技術的需求。產品須能支援不同尺寸和形狀的連接器的各種資料速率,還必須滿足產業對高速性能日益嚴格的要求。