在设计过程中解决VPX背板问题

VPX背板通常用于实现高速信号标准，如PCI Express，串行快速I/O，SATA，SAS以及万兆以太网。当VPX背板使用这些类型的信号路径，槽与槽之间需要点至点连接以保持信号的完整性和沟通的速度。

通过一个VPX连接多个插入式卡，如CPU处理器板，显卡，CPU算术处理器等等，可能会产生问题。这是因为使用极端高频信号意味着多个卡槽之间的汇流不再有效工作。

高性能，关键性的背板需要更大的灵活性，以满足点至点信号连接标准方面的巨大变动。织物映射模块（球形栅列，或BGA，信号映射叠加）通过改善信号完整性，呈现一个有效的解决方案，以满足这些挑战，并且很有可能在设计阶段就解决很多的应用问题。

从VME到VPX

在我们讨论织物映射模块（FMM）叠加技术之前，让我们来更深入地了解一下VPX背板。在旧的VME总线系统（VPX前身）中，连接器能够容纳并行数据总线。VME国际贸易协会最终制定了新的标准以适应差分以数千兆速度的信号交换结构，这需要一个新的连接器技术。

交换结构的差分对使用彼此接近的对销，并通过接地销屏蔽其他信号。

泰科开发的MultiGig RT2满足了VITA 46的设计要求，现在被称为VPX。其中最重要的一个特点是四冗余销连接和电子定制的潜力：晶片可以用于制造差分或单端信号路径；而阻抗，传输延迟和串扰规格可以根据客户要求进行修改。

有一些背板容纳MultiGig RT的例子。比如3U VPX板有2个16列，7行RT2连接器和一个8列，7行RT2连接器。6U VPX板包括6个16列，7行RT2连接器和一个8列，7行RT2连接器。VPX板具有定位卡锁，并且提供了一个安全的接地触点。6U板有三个这样的键，而3U有两个。（图1）

图1 MultiGig RT2连接器 可以用于3U和6U VPX背板

RT2连接器的密度是这样的，当施加到6U板，有464个信号触点分配如下：

•384个差分对用作芯部织物的192个高速差分对

•40个单端引脚用于I/O

• 28个引脚用于系统工具

即使MultiGig具有令人印象深刻的性能和功能，但是在使用电路板设计的标准覆盖技术时，它的阻抗变化还是会产生很多的挑战。PCB支持高速信号标准的，如PCI Express，SRIO，SATA，SAS和万兆以太网，通过点至点直接信号路径来维持信号的完整性。很显然，背板上的多个插入式卡不能“共享”信号路径，因为通讯不再发生在卡槽之间——连接器的差分对阻止了它。

VPX点至点信号标准

以PCI Express一代为例。在差分对传输技术中，信号从一个信号输出对直接连接到接收芯片的接收对，经由两条轨迹形成一个100Ω的传输线。MultiGig VPX连接器由“刀片”组成，这些“刀片”实际上就是PCB，它们延续了这个100Ω的传输线路径。连接器设计成“弹簧片”，以尽量减少信号反射噪声。（图2）

图2 VPX背板的典型信号层安置会断线相关的问题

VPX的背板设计要考虑的另一个重要方面是插件板进入背板本身的邻接关系。VPX卡的信号源和目的地越是彼此接近，它们之间的通信就越快。这个设计原则，以及平衡对传输线路实现的困难性，正说明了为什么VPX背板需要更多的灵活性来满足点至点连接标准的较大变化。对于背板本身来说，微覆盖是从外部来解决挑战。它通过改善信号完整性，来连接两个需求。

利用信号映射微叠加

微叠加使用BGA焊接连接技术与兼容背板的差分对矩阵相连接，这个差分对矩阵是基于PCB的。他们通过两种技术来减少传输线阻抗的变化：

•带有交替蚀刻铜层的堆积电介质实现信号屏蔽平面和控制阻抗铜蚀刻的信号线。

•亚皮秒匹配的信号路径长度。电介质叠层的厚度被调整为最匹配信号标准要求的阻抗状态。关断信号路径的短线长度由于覆盖连接技术达到最小化。

这些技术提高了系统板之间的信号完整性，超越了PCI Express三代，SRIO，万兆以太网的标准要求。此外，当正常的后排传输模块不适合机械系统应用时，微覆盖可以方便后排传输模块和半高连接器接口系统。（图3）

图3 使用信号叠加有助于解决短线相关的问题

用于VPX背板的织物映射模块

FMM是微覆盖，为结合VPX背板的的设计人员带来福利。使用FMM使背板半定制化，并能够根据客户的需求快速进行重新配置。以用于多个插件版的带电和其他“实用”平面的背板为例。当基于VPX的背板用于设计迭代时，这些平面不需要改变或者重新设计，因为FMM可以使迭代特异性改变。

有了FMM，背板设计可以采取循序渐进的方式。这是因为基本的内务管理平面是保持不变的，而板对板结构的改变可以通过改变FMM来适应。正是这种方式，FMM为系统设计增加了灵活性。（图4）

图4 球栅阵列连接邻近于连接器孔

一个例子就是，客户需要能够用于多种车辆类型所使用的传导冷却的立方体外形状的形状参数。在不同的情况下，有效载荷的插卡是不同的，但是电源平面是保持不变的。处理器卡和来自不同制造商的图像卡都可以使用。

在这里，插卡的改变不需要完全重新设计背板。反之，采用FMM，对应于不同的插件卡和前置I/O引脚，对背板进行必要的调整。

另一个使用FMM的例子是一个基于VPX背板的无线电系统。这取决于特定的配置，把处理器卡，存储卡，交换卡和无线卡插入背板不同的卡槽中。他们有赖于不同的FMM将特定配置连接起来。

通常，高性能的VPX背板中的织物映射模块为系统设计人员提供了满足点至点信号连接需求的灵活性。他们还有助于在设计阶段解决很多应用中的问题。