Gründe für eine differenzielle Impedanz von 85 Ohm

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Höhere Anzahl von Lagen und kleinere Leiterbahngeometrien

Höhere Bauteil- und Packungsdichten erfordern eine höhere Anzahl von Lagen und kleinere Leiterbahngeometrien. Die PCI-Express-Arbeitsgruppe folgerte, dass diese zusätzlichen Lagen und schmalere Leiterbahnen höhere Kosten nach sich ziehen würden. Außerdem würden die dadurch filigraneren Leiterbahnen zu höherer Dämpfung führen, was wiederum die maximal mögliche Leitungslänge reduziert.

Deshalb wurde vorgeschlagen, den Impedanzwert von 85 Ω einzuführen. Das Ziel war, nach diesem Impendanzwert zu designen, welcher genügend kleine Toleranzen in Bezug auf Dämpfung und Jitter garantiert. Daher wurde empfohlen, für Leiterplatten mit 8 oder 10 Lagen eine Impedanz von 85 Ω zu spezifizieren.

Nun ist es aber so, dass durch die maximale Dicke einer typischen Server-Tochterkarte diese auf 12 Lagen beschränkt ist. Wäre man also bei einer Impedanz von 100 Ω geblieben, würde entweder die Tochterkarte noch dicker oder die Anzahl der Lagen müsste auf 10 begrenzt werden. Deshalb wurde 85 Ω der Impedanz-Standard für PCI Express in Server- und Speichersystemen.

Die Entwicklung von Backplane-Steckverbindern

In der Vergangenheit wurde bei der Konzeption von Backplane-Steckverbindern eine integrierte Masseschirmung zwischen den Differenzialpaaren zur Isolation gegen Nebensprecheffekte eingesetzt (Bild 1). Das Backplane-Steckverbindersystem GbX zum Beispiel weist diese Struktur auf und kann Datenraten bis zu 6 bis 8 GBit/s erreichen.

Mit dem Bedarf nach höheren Geschwindigkeiten kam die Notwendigkeit, Kosten zu senken. Im Jahr 2005 wurde erstmalig Luft als Dielektrikum bei Backplane-Steckverbindern eingesetzt. Dies ermöglichte Kostensenkungen durch Entfall von metallenen Masseschirmen.

Bei der Entwicklung seiner GbX I-Trac-Familie ging Molex noch einen Schritt weiter: Ein Backplane-Verbindersystem mit Luft als Dielektrikum, das darüber hinaus noch die Breitseitenkopplung für die Signalübertragung einsetzt. Dies ermöglichte ein besser gebündeltes differenzielles Paar, womit Nebensprecheffekte verringert und der Phasenversatz im Signalpaar verringert wurde. Außerdem entstand ein offenes Pinfeld, das es ermöglichte, die Signalpins als differenzielle Paare für hohe Datenraten, als Single-Ended-Signale für niedrigere Geschwindigkeiten oder als Masse und Versorgungsleitungen für kleinere Leistungen einzusetzen, was dem Anwender die geforderte Flexibilität bietet.

Diese breitseitengekoppelten Paare, die eine Signalübertragung von 10 GBit/s ermöglichen, waren aber nicht stabil genug, um den Anforderungen der nächsten Generation mit Datenraten bis 25 GBit/s gerecht zu werden. Auch die Signaldichte für die steigenden Anforderungen zukünftiger Workstation- oder Serverplattformen ließ zu wünschen übrig.

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