224 Gbps或Bust: Samtec如何利用Ansys HFSS进行高速万博互连设计

“我需要曲速，斯科特先生!”——詹姆斯·提比略·柯克

这是《星际迷航》系列中最著名的台词之一，蒙哥马利·斯科特和NCC-1701的工程部将修复曲速引擎，拯救全体船员。虽然是科幻小说，但翘曲速度的概念说明了对更快数据速率的持续需求。

在当今的现实世界中，全球通信网络的基础是以尽可能快的速率路由数据的信号通道。自2020年夏天以来，224gbps信道数据速率已经成为现实。虽然距离生产还有几年时间，但开发224 Gbps半导体和高速互连解决方案的竞赛已经开始。

高速互连设计挑战

作为高性能和高速互连解决方案的供应商，Samtec的设计工程师必须优化整个信号路径，而不仅仅是配对连接器对。如下图所示，信号路径有许多组成部分:收发器和接收器、从模具到封装的过渡、球栅阵列(BGA)脱线区域、印刷电路板(PCB)走线、连接器脱线区域和连接器对本身。

典型的224gbps信号通道组件

此外，还必须考虑几个设计细节:

• 哪种PCB层压板最适合特定应用?
• 哪种PCB堆叠设计最有意义?
• 应该使用哪种PCB走线类型-中板带线还是顶层/底层微带?
• 什么连接器引脚是有意义的?

尺寸是另一个设计限制。外形尺寸继续减小，因此连接器间距越来越密集。较小的音高也会带来一些问题，比如串扰和插入损耗。这主要是由于一个差分对靠近下一个，减少了布线空间，并减少了接地引脚。

与任何工程决策一样，总会有权衡。最细微的细节都会影响信号通道和2224gbps的互连性能。例如，如果PCB层压板从MEGTRON 6改为MEGRTON7，则可能会降低介电常数(Dk)。这对整体信号通道和连接器性能有何影响?这可能有帮助，也可能没有。

任何数量的设计决策都会影响每秒千兆位信道数据速率的性能。因此，找到正确的技术方法非常重要。值得庆幸的是，MCAD/ECAD软件的状态支持多个设计和模拟周期，用于迭代产品开发和优化。

Samtec + HFSS优化高速互连设计

Samtec的机械工程师首先使用行业标准的MCAD工具设计下一代互连解决方案。设计师概念化，创建，验证和迭代复杂的3D结构。这种方法有助于预测现实世界的物理行为。机械模型移植到ECAD工具，如万博Ansys基于利用高频电磁场对三维结构进行分析和优化。

Ansys HFSS中最先进的网格求解器的灵活性使Samtec能够优化高性能互连设计。万博与精密MCAD工具一样，在HFSS中调整元件和通道宽度模型可以优化性能。

有哪些可以调整的设计变量?连接器接触几何-引脚宽度和厚度，塑料宽度和厚度-可以简化，以提高信号路径性能。连接器内的引脚长度越小，信号必须传输的距离就越小。工程师可以优化连接器BORs。材料介电值-金属引脚，PCB走线，过孔等-都可以在飞行中调整。

作为设计示例，Samtec使用Ansys HFSS来最大限度地提高万博信号完整性(SI)性能0.80 mm NovaRay®极密度阵列产品系列。Ansys HFSS的灵活性使其能够根万博据所需结果分析多种引脚类型。第一个引脚简化了BOR的设计。第二个改进了在更高数据速率下的SI性能。请注意下面的插图。调整过孔，PCB堆叠和其他设计功能，使整体通道数据速率分析。

万博Samtec NovaRay®极端密度阵列的Ansys HFSS模型

Ansys HFSS的精度还可以万博改进互连产品设计。求解器的精度可以达到远低于制造公差的误差水平，从而允许虚拟样机。先进先出(FIFO)原则适用:准确的设计输入导致改进的产品设计。

从Samtec的角度来看，Ansys HFSS是一个确万博定性求解器。设计可以处理小的调整，而不必每次都从头开始。HFSS不会因为一个小的变化而爆炸。这些特性和可靠性有助于Samtec更好地理解连接器设计过程。设计输入调整最小化输出异常。

Samtec认为HFSS是一个基准的3D EM求解器。工程师可以依靠HFSS的输出。因此，Samtec利用HFSS精度为高达110 GHz的频率测量提供可预测的相关性。的测量值和模拟的差分插入损耗(IL)之间的相关性Samtec NovaRay®SI评估试剂盒。在> 50 GHz的IL < 3db，使NovaRay提供了224 Gbps的运行路径。

Samtec的设计技术与Ansys HFSS的灵活性和准确性相结合，证明了224 Gbps互连解决方案即将到来。万博确实是翘曲速度。

要了解更多有关互连产品设计工作流程的信息，请查看录制的网络研讨会:实用端口完美的性能。