マルチピンコネクタによる柔軟なレイアウトで高信号完全性を実現

電子システムアーキテクチャの進化に伴い、データ転送速度が向上していることは周知の事実です。より高速なクロックおよびクロックあたりのビット数が増加した変調技術が、これまで以上に高密度化する電源バスと隣接して動作しています。このような環境下における回路相互接続の管理には、信号の完全性を維持し、伝送損失を最小限に抑え、ノイズ、反射、クロストークの影響を受けにくくするとともに、最新のデータバスのビット誤り率（BER）要件を満たすための努力が求められます。

多くの関係者とって重要な懸念事項の1つが、マルチピンコネクタであり、これらは信号の完全性向上の焦点となっています。差動信号、シングルエンド信号、パワー信号を組み合わせた高ピン数においては、慎重なレイアウトとかなりの柔軟性が求められます。さらに、コネクタのコンタクトは、高いデータ転送速度と長いコンタクト寿命との互換性を確保するように設計する必要があります。

幅広い電子相互接続ソリューションのメーカーであるSamtecは、これらの多くの課題に対処するため、高密度AcceleRate HDアレイコネクタ（図1）の製品ラインアップを拡充しました。

図1：高速および高サイクルアプリケーション向けに設計されたAcceleRate HDオープンピンフィールドアレイコネクタのオス/メスペア示しています。（画像提供：Samtec）

このコネクタファミリは、超高密度、多列構造を採用し、わずか0.635ミリメートル（0.025インチ）の狭ピッチと5ミリメートル（0.197インチ）の幅を実現しています。レイアウトの柔軟性を最大限に高めるオープンピンフィールド設計を採用し、コネクタのエッジレートコンタクトは、64～112ギガビット/秒（Gbits/s）のバス速度に対応した高い信号の完全性と低い挿入損失、ならびに高サイクルのコネクタ寿命を実現します。

AcceleRate HDアレイは、1列あたり10極単位で、10～100極のコンタクト数で利用可能です。最大4列まで対応しており、総コンタクト数は40～400極までとなります。

400極のアレイの嵌合セットの1例として、ADM6-100-08.5-L-4-0-A-TRオスコネクタとADF6-100-07.5-L-4-0-A-TRメスコネクタが挙げられます。これらのコネクタは、プリント回路基板（pc基板）への面実装を目的としています。ドーターボードをPCボードの上に嵌合するメザニン用途には、必要なクリアランスに合わせて5、7、9、10、11、12、14、16mm（0.197、0.276、0.354、0.394、0.433、0.472、0.551、0.630インチ）の嵌合高さを実現するリード形状で対応します。

オープンピンフィールドの利点

コネクタのコンタクト性能は、その設計によってのみ部分的に決定されます。コンタクトの物理的な配置、および他のコンタクトに対する相対的な位置関係も、その性能を左右する要因となります。この種の相互関係の一例として、　電力伝送を目的とした断面の大きなピンの使用が挙げられます。大電流を流すには直径をより大きくする必要があるため、コンタクト間の間隔が狭くなり、使用できる最大電圧が制限されます。代替案として、各ピンの位置が利用可能で、事前定義された機能を持たないオープンフィールドの使用が考えられます（図2）。オープンピンフィールド設計では、差動ペア、シングルエンド信号、および電源を同一の相互接続で使用できるため、最大限の接地および配線の柔軟性を提供します。

図2：オープンピンフィールドコネクタのピン位置はすべて独立しており、設計プロセスにおいて必要に応じて割り当てることができます。（画像提供：Samtec）

ピンの割り当ては状況により異なります。差動信号では、緑色で示されたように、隣接するピンをペア接続で使用し、中間ピンを開放にすることで導体間の絶縁を確保することができます。シングルエンドワイヤは、青で示されたように、中間絶縁ピンの有無にかかわらず、別々のピンに割り当てることができます。より太い導体径を必要とする電源接続は、赤で示したように、複数のピンを並列に接続することで実現できます。

エッジレートコンタクト設計

Samtec AcceleRate HDコネクタ（ADM6-100-08.5-L-4-0-A-TRおよびADF6-100-07.5-L-4-0-A-TRを含む）は、高い信号密度と機械的柔軟性を提供するだけでなく、最大64 Gbit/s PAM4（PCIe® 6.0/CXL® 3.2）信号伝送をサポートする強化された信号の完全性を備えています。PAM4信号は、従来のNRZ（non-return-to-zero：非ゼロ復帰）信号伝送で使用される2つの電圧レベルではなく、4つの電圧レベルを使用するため、伝送が困難な信号です。これにより信号振幅の変化が3分の1に減少するため、信号対雑音比（SNR）が重要な問題となります。

Samtecは、先進のエッジレートコンタクトシステム（図3）により、高い信号の完全性を実現することで、この課題に対処しています。本システムはミリング加工されたコンタクト面を採用しており、スムーズな嵌合、摩耗の低減、高サイクル用途における耐久性の向上を実現しています。

図3：エッジレートコンタクトピンの嵌合面は、摩耗を減らし、低抵抗接続を実現するためにミリング加工されています。（画像提供：Samtec、筆者による注釈付き）

AcceleRate HDコネクタは、銅ベースにニッケルメッキ下地金メッキが施されています。エッジレートコンタクト形状は、50および100オーム（Ω）の相互接続に適合するように設計されています。コンタクトの薄い切断面を互いに向き合うように配置することで、ブロードサイド結合とクロストークを最小限に抑えます。

まとめ

小型フォームファクタにおける電源および高速信号伝送の課題に対応するため、SamtecのAcceleRate HDコネクタは強力なサポートを提供します。これらの製品は、信号の完全性を損なうことなく、小型のフットプリントで数百のI/Oを処理できるように設計および製造されています。