CABLINE®-CX II、UX II 和 UA II 连接器的引脚选择和 PCB 布线方案
导言
本白皮书讨论 CABLINE® 系列连接器，特别是触点交错排列连接器 CABLINE®-CX II、CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-UA II。白皮书重点介绍了不同的PCB引脚布局，以克服触点交错排列连接器带来的一些挑战。
触点交错排列连接器会带来各种信号完整性方面的复杂问题，尤其是随着数据传输率的提高和设计变得更加紧凑时，当使用间距分别为 0.25 毫米和 0.35 毫米的连接器（如 CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UA II）时，这些复杂性会进一步加剧。
这些连接器需要仔细考虑串扰、阻抗控制、回波损耗、插入损耗、时钟偏移（skew）、EMI、寄生效应、通道建模、材料特性以及机械因素，以确保高速应用中的信号完整性。
连接器信息
CABLINE®-CX II
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CABLINE®-CX II 连接器是一种高性能极细同轴、水平配接型、线对板连接器，专为小尺寸低高度应用而设计，最大高度为 0.78 毫米。它具有 EMI 屏蔽盖选项，并配有机械锁以确保连接安全。
CABLINE®-CX II采用水平配接方式，导线间距为 0.25 毫米，支持 0.5 毫米的电路板间距，引脚数为 40 。其嵌合状态尺寸如下，无屏蔽盖时高度为 0.73 毫米，有屏蔽盖时高度为 1.0 毫米，无屏蔽盖时深度为 5.21 毫米, 有屏蔽盖时深度为5.60 毫米。
CABLINE®-CX II 连接器母座有两排交错排列的触点，同排触点之间的间距为 0.5 毫米。不过，在连接器的公座端，所有的触点是同排的，触点间距为 0.25 毫米。
CABLINE®-CX II 适用于 45 欧姆（44 号或更细）和 50 欧姆（46 号或更细）的极细同轴线缆。它支持高速数据传输，如 USB 3.2 Gen 1 (5 Gbps)、V-By-One HS 1.4 (4 Gbps) 和 HDMI 1.3 (3.4 Gbps)，适用于空间狭小、且需要可靠连接的先进电子设备。
CABLINE®-UX II
CABLINE®-UX II 连接器是一种高性能极细同轴连接器，专为需要高速数据传输和空间狭小的应用而设计。它的间距为 0.25 毫米，支持直角垂直配接类型，适用于空间狭小的环境。
CABLINE®-UX II连接器引脚数从 30 到 50 不等。它的嵌合状态高度为 1.04 ± 0.06毫米，适用于需要低高度连接的应用。
CABLINE®-UX II 连接器母座有两排交错排列的触点，同一排触点之间的间距为 0.5 毫米，如下图6 所示。在连接器的公座端，所有的触点是同排的，触点间距为 0.25 毫米，如下图7 所示。
CABLINE®-UX II 兼容各种信号线缆，包括 45 欧姆极细同轴线缆（44 号或更细）和 50 欧姆极细同轴线缆（46 号或更细）。它可与如USB 3.2 Gen 1（5 Gbps）、HDMI 1.3（3.4 Gbps）和 V-By-One HS 1.4（4 Gbps）接口配合使用，为不同的高速数据应用提供了多功能性。
该连接器采用超薄公座设计，尺寸小巧，是对空间和性能要求极高的现代电子设备的理想选择。
CABLINE®-UA II
CABLINE®-UA II 连接器是一种高性能极细同轴连接器，间距为 0.3 毫米，专为直角垂直配接而设计。它支持的引脚数从 26 到 50 不等，可满足各种高密度电子应用的需要。
CABLINE®-UA II 连接器母座有两排交错排列的触点，同一排触点之间的间距为 0.6 毫米。与 CABLINE®-UX II 一样，信号触点的两排也是交错排列的，如下图9所示。在连接器的公座端，触点是同排的，触点间距为 0.3 毫米如下图10所示。
连接器公座外形纤细小巧，嵌合状态高度为 1.27 ± 0.1 毫米，适用于空间狭小的设备。该连接器支持一系列极细同轴线缆，包括 45 欧姆（42 号或更细）和 50 欧姆（44 号或更细），确保兼容各种高速数据传输要求。
CABLINE®-UA II 可用于如 USB 3.2 Gen 1（5 Gbps）、HDMI 1.3（3.4 Gbps）和 V-By-One HS 1.4（4 Gbps），为需要可靠、高效连接的现代电子设备提供支持。其设计可确保可靠连接和高保持力，是消费电子、计算机和其他高速数据通信设备应用的绝佳选择。
引脚和布线建议
本节重点介绍 CABLINE®-UA II、UX II 和 CX II 连接器的引脚选择和布线方向建议，并使用模拟数据来证明引脚和布线建议的合理性。由于大多数高速应用使用差分信号，因此建议适用于差分信号。模拟考虑了基本的布线技术，没有考虑先进的布线技术，如使用带通孔的焊盘，因为这通常会增加PCB 制造成本。
建议I 带接地引脚的顺序 GSSG 布局
如前所述，CABLINE®-CX II、UA II 和 UX II 在母座侧具有交错的信号触点。顺序 GSSG 引脚布局是指如图 11中所示的引脚分配，在两行引脚中都有的接地焊盘和信号焊盘。差分对的正信号位于其中一行，而差分对的负信号位于另一行。在上述情况下，DP1 的DP1+为引脚 2， DP1-为引脚 3。同样，DP2+为引脚 5，而 DP2- 为引脚 6。引脚 1、引脚4和引脚7为接地信号。
这样做的好处将体现在连接器的公座端。连接器的公座端为单排触点（如下图12所示），因此公座侧的触点将采用GSSG配置，如下极细同轴线缆排列所示。这种引脚布局使得每个差分对被接地信号与其他差分对信号分开。公座侧为单排，引脚1在最左侧，依次向右排列。
这种方法会带来一些挑战，尤其是在 PCB 焊盘分配和差分布线方面，因为两行焊盘和信号引脚分配不对称。DP+ 位于一行，而 DP- 位于另一行，因此这种不对称可能导致时钟偏移（skew）和模式转换。
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图 13 ，图 14和图 15 分别显示了 CABLINE®-CX II、UX II 和 UA II 的模拟设置，它们遵循前面讨论过的顺序引脚布局。这些图还显示了差分线对的PCB走线方向，它们与公座线缆的伸出方向相同。大多数典型系统的差分线对都通向一个共同的方向，因此在进行模拟时也都是按一个方向准备。
这种情况下的模拟结果如图 16 所示，模拟的重点是关键参数--插入损耗、回波损耗、近端串扰 (NEXT) 和远端串扰 (FEXT)。模拟结果突出显示了这种配置下 3 种不同连接器的性能。
连接器的参考速率均为 5Gbps（Nyquist：NRZ 信号为 2.5GHz），但下面显示的模拟数据最高可达 10GHz
使用 ANSYS® HFSS Electronics Desktop™ 对这些连接器和引脚布局进行了模拟，模拟中使用的端口差分阻抗为100 欧姆。
图 16, 图 17和图18 显示了 CABLINE®-UX II、CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UA II 连接器的信号完整性性能，特别是插入损耗、回波损耗和串扰。波形显示，采用这种引脚布局的连接器在插入损耗和回波损耗方面性能稳定。与其他同类产品相比，CABLINE®-CX II 的插入损耗略高，但这是连接器设计所固有的。
CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-UA II 的回波损耗在 10 GHz 之前都远低于-10dB，而 UA II 连接器在 10 GHz 之前的回波损耗都非常出色。这是因为 CABLINE®-UA II 是 0.35 毫米间距连接器，与其他两个连接器相比，回波损耗更小。这里的串扰性能是指 DP1 上的信号在近端和远端都影响到 DP2 上。对于连接器来说，更关键的参数是近端串扰（NEXT），因为这主要是模拟配接连接器的性能。
一般的经验法则是，在工作频率下，串扰性能必须小于 -40 dB。因此，CABLINE®-UX II 的最大数据传输速率可达 6 Gbps, CABLINE®-CX II 的最大数据传输速率可达 10 Gbps，而 CABLINE®-UA II 的最大数据传输速率可达 2 Gbps。
建议II 无接地引脚的顺序 SSSS 引脚布局
在这种引脚配置中，差分信号在母座侧没有任何接地信号分隔，如上图所示。差分对引脚也进行了分组，如图19所示。这种引脚选择可用于对引脚密度有要求的应用中，但需要对性能进行权衡，因为这种方法的信号完整性性能会比先前的配置差。
如图20所示，差分对 DP1 的引脚 1 为 DP1+，引脚 2 为 DP1-。 同样，引脚 3 为 DP2+，引脚 4 为 DP2-。 如前所述，公座侧是一排触点，从引脚 1 开始，从左到右依次排列。
这种方法与第一种方法类似，PCB上细小的迹线会向电缆出口方向输出。与前一种方法一样，由于差分对中的一条迹线比另一条迹线长，因此需要匹配迹线的长度。由于差分对之间没有接地引脚，这将导致差分对之间的串扰增加。
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如上图 21，图22和图23分别显示了 CABLINE®-CX II、UX II 和 UA II 的模拟设置以及 SSSS 顺序引脚输出。图中还显示了差分线对的PCB走线，它们沿着电缆从公座出口的方向流出。
这种情况下的模拟结果如下所示，模拟的重点是关键参数--插入损耗、回波损耗、近端串音 (NEXT) 和远端串音 (crosstalk)。模拟结果突出显示了这种配置下 3 种不同连接器的性能。
图 24 图 25图26显示了 CABLINE®-UX II、CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UA II 连接器的信号完整性性能，特别是插入损耗、回波损耗和串扰。波形显示，采用这种引脚布局的 CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-UA II 在最高频率为 10 GHz 时的最大插入损耗为 -1 dB，而 CABLINE®-CX II 在低于 10 GHz 时的最大插入损耗小于 -2 dB。
CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-UA II 在 10 GHz 之前的回波损耗低于 -10 dB，UA II 连接器在 10 GHz 之前的回波损耗极佳，与先前的引脚布局类似。与其他两个连接器相比，CABLINE®-CX II 的回波损耗略高，在 5 GHz 频率时为-10 dB。
这里的串扰性能是指 DP1 上的信号在近端和远端都影响到 DP2 上。
如前所述，这种没有接地信号分隔信号引脚的引脚布局会导致差分对之间的串扰增加。CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-CX II 的 NEXT 在 1 GHz 左右高于 -40 dB，而 CABLINE®-UA II 在略高于 2 GHz 时的损耗为 -40 dB。
CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-CX II 的数据传输速率不超过 2 Gbps，而 CABLINE®-UA II 的数据传输速率不超过 5 Gbps。
III. 两排引脚分别配置为 GSSG引脚
在这种特殊的引脚配置中，差分信号的引脚分配如上图27所示。与以前的引脚分配不同，以前差分信号对的正负信号分两行，而这种方法则是正负信号引脚在同一行中彼此相邻。
如上图27所示，DP1 对的引脚 3 为 DP1+，引脚 5 为 DP1-，而 DP2 差分对的引脚 4 为 DP2+，引脚 6 为 DP2-。引脚 1、2、7、8 为接地引脚。
虽然这种引脚配置在母座侧看起来非常理想，既能保证对称性，又能确保理想的走线配置，但它确实会影响公座侧的引脚配置。由于公座侧是单排触点，针脚 1 在左侧，触点按顺序排列，这意味着电缆配置将如图 28所示 。
由于引脚 3 是 DP1+，引脚 4 是 DP2+，这意味着 DP1 和 DP2 的差分信号将相互交错，因此会对信号完整性产生一些影响。
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3 个不同连接器的PCB走线如上图29, 图30, 图31所示。它们分别显示了 CABLINE®-CX II、UX II 和 UA II 的模拟设置，以及单行的 GSSG 引脚布局。这两幅图还显示了差分线对的PCB走线方向，它们分别位于两个相反的方向。这是既能分开PCB走线并确保对称的最优方法。
这种情况下的模拟结果如下所示，模拟的重点是关键参数--插入损耗、回波损耗、近端串扰 (NEXT) 和远端串扰 (FEXT)。模拟结果突出显示了这种配置下 3 种不同连接器的性能。
图 32,图 33和图34 显示了 CABLINE®-UX II、CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UA II 连接器的信号完整性性能，特别是这种引脚布局的插入损耗、回波损耗和串扰。波形显示，采用这种引脚布局的 CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-UA II 在最高频率为 10 GHz 时的最大插入损耗为 -0.75 dB，而 CABLINE®-CX II 在低于 10 GHz 时的最大插入损耗小于 -1.5 dB。
CABLINE®-UX II、CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UA II 的回波损耗在 10 GHz 之前都低于-10dB，其中 UA II 连接器的回波损耗在 10 GHz 之前都非常出色。
这里的串扰性能是指 DP1 上的信号在近端和远端都影响到 DP2 上。
在这种特定的引脚配置中，CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-CX II 的串扰仅在 1 GHz 以下小于 -40 dB，而 CABLINE®-UA II 则在 5 GHz 以下表现出卓越的串扰性能。UX II 和 CX II 的串扰较高，这是因为极细同轴线在公座侧交错，导致串扰较高。
因此，CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-CX II 只能用于传输速率不超过 2 Gbps 的应用场合，而 CABLINE®- UA II 的传输速率最高可达 10 Gbps。
引脚布局与布线建议的比较
本节将对前面讨论过的 3 种推荐引脚布局和布线方案中每种连接器的性能进行比较。
CABLINE®-UX II
图 35 显示了 CABLINE®-UX II 的插入损耗、回波损耗和串扰性能在前一节讨论的不同引脚布局和布线方案下的比较。
尽管插入损耗和回波损耗略高于建议 III，但建议 I 在所有参数方面都显示出最佳的整体性能。在串扰方面，建议 I 明显优于其他引脚布局和布线方案。
建议 II 在插入损耗和回波损耗方面的性能与建议 I 相似，但由于差分对之间没有接地引脚，串扰性能与建议 III 相似。
建议 III 在插入损耗和回波损耗方面显示出最佳性能，但由于微型同轴电缆在公座侧交错排列，它显示出比建议 I 更高的串扰。
CABLINE®-CX II
图 36 显示了 CABLINE®-CX II 的插入损耗、回波损耗和串扰性能在前一节讨论的不同引脚布局和布线方案下的比较。
尽管建议 I 的插入损耗和回波损耗略高于建议 III，但就所有参数而言，建议 I 的整体性能最佳，插入损耗和回波损耗较高并不是关键因素。 关键因素是串扰，建议 I 明显优于其他引脚布局和布线方案。
建议 II 在插入损耗和回波损耗方面显示出与建议 I 相似的性能，但由于差分对之间没有接地引脚，串扰性能与建议 III 相似，正如之前在 CABLINE®-UX II 中看到的那样。
建议 III 在插入损耗和回波损耗方面显示出最佳性能，但由于微型同轴电缆在公座侧交错排列，它显示出比建议 I 更高的串扰。
CABLINE®-UA II
图 37 显示了 CABLINE®-UA II 的插入损耗、回波损耗和串扰性能在前一节讨论的不同引脚布局和布线方案下的比较。
建议 III 在所有参数方面都显示出最佳的整体性能，插入损耗、回波损耗和串音的性能明显优于建议 I 和建议 II。
建议 I 和建议 II 在插入损耗、回波损耗和串扰方面显示出相似的性能。CABLINE®-UA II 的间距更宽，使得建议 III 成为比建议 I 和建议 II 更好的方法，而 CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-CX II 则更适合建议 I。
CABLINE®-UX II 和 CABLINE®-UA II 在 10 GHz 之前的回波损耗低于 -10 dB, UA II 连接器在 10 GHz 之前的回波损耗极佳，与先前的引脚布局类似。与其他两个连接器相比，CABLINE®-CX II 的回波损耗略高，在 5 GHz 频率时为-10 dB。
结论
概括地说，本文讨论了使用双排触点、间距为 0.25 毫米和 0.35 毫米的 CABLINE® 系列连接器，特别是 CABLINE®-UX II、CABLINE®-CX II 和 CABLINE®-UA II 系列连接器。
文章进一步讨论了为这些连接器选择引脚和布线所面临的挑战，重点是差分信号。文章提出了 3 种不同的方法，既考虑了信号完整性性能，又考虑了引脚密度，以最大限度地提高双排连接器的使用效益。
它提供了所用不同方法的模拟数据，有助于根据应用和应用的数据速率确定布线和引脚选择。
下表简要概括了模拟数据，其中应用数据速率决定了布线和引脚布局选择的类型，以及引脚密度考虑的尺寸比较
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建议I |
建议II |
建议III |
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CABLINE®-UX II |
<=6 Gbps |
<=2 Gbps |
<=2 Gbps |
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CABLINE®-CX II |
<=10 Gbps |
<=2 Gbps |
<=2 Gbps |
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CABLINE®-UA II |
<=2 Gbps |
<=5 Gbps |
<=10 Gbps |
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Mated Height |
Width |
Depth |
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CABLINE®-UX II |
1.04 mm |
14.10 mm |
2.40 mm |
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CABLINE®-CX II* |
0.73 mm |
16.45 mm |
5.21 mm |
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CABLINE®-UA II |
1.27 mm |
17.00 mm |
2.90 mm |
*CABLINE®-CX II 尺寸为非屏蔽型连接器的尺寸
不过，引脚和布线方案并不局限于本文提供的建议。还有其他一些引脚和布线选择方案，可以通过其他权衡提供更好的性能。
如果应用需要不同的引脚布局或布线方案，I-PEX 可以提供支持和模拟数据。
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