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研究生:李信福
研究生(外文):Hsin-Fu Li
論文名稱:應用於電子裝置之高速連接器分析與設計
論文名稱(外文):Analysis and Design of High Speed Connectors for Electronic Devices
指導教授:楊成發楊成發引用關係
指導教授(外文):Chang-Fa Yang
口試委員:陳世傑魏冠雄林健維馬自莊
口試日期:2017-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:154
中文關鍵詞:高速連接器RJ-45USB Type-C模態轉換軟性電路板板對板連接器WiGig
外文關鍵詞:High-speed connectorRJ-45USB Type-CMode ConversionFPCBoard to Board ConnectorWiGig
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本論文依據不同高速傳輸介面,提出四款皆可應用於電子裝置之高速連接器,分別為RJ-45、USB Type-C、軟性電路板與板對板連接器、WiGig連接器。首先介紹連接器之基本特性與高速電路理論,建立相關觀念而有利於減少研發時間。同時與合作廠商之機構工程師共同研發,並應用電磁模擬軟體來分析連接器在高速訊號傳輸下之影響,進而改善其電氣特性,包含阻抗調整、傳輸路徑優化與串音干擾防治等,以達到符合規範之設計。第一款連接器為符合10GBASE-T之直立式RJ-45母端連接器,其四通道總傳輸速率可達10Gbps。此外亦提出一款以PCB板實現理想公端,可做為公端測試板,使RJ-45模組可應用於乙太網路銅纜傳輸。第二款為USB Type-C連接器,符合USB 3.1 Gen2規範,其單通道傳輸速率可達10Gbps,主要為解決高速模轉換問題。第三款為軟性電路板與板對板連接器,可應用於USB Type-C母端與系統板間良好訊號傳輸之連接方式。最後一款為WiGig連接器,隨著第五代行動通訊相關應用逐漸出現於市場,取代Wi-Fi之WiGig為其中之一,為毫米波無線網路傳輸介面,其應用頻段在60Ghz而傳輸速率可達7Gbps。本論文所提出之概念與方法可應用於電子裝置之高速連接器設計,來提升其高速訊號傳輸品質,期望能為連接器產業帶來更大效益。
This thesis proposes four high speed connectors for electronic devices depending on different high speed transmission types. First, this study introduces the basic characteristics of the connector structures and high frequency theory to establish those concepts. It is helpful for reducing research and design time by working together with mechanical engineers from a cooperated company. In the meantime, all proposed designs use an electromagnetic simulation software to analyze their performance at high speed transmission and develop the product which can satisfy electronic specifications including good impedance matching, low transmission loss and minimal crosstalk. The first proposed design is a vertical RJ-45 receptacle, which is based on 10GBASE-T with a four-channel date rate up to 10Gbps. Besides, this section also implements the idea plug using three-layers PCB. It can be used to plug a test board and validate the RJ-45 module for Ethernet. The second one is USB Type-C, which is based on USB 3.1 Gen 2 and the data rate is up to 10Gbps per channel. This study focuses on solving the mode conversion issue. The third one is FPC and board to board connector, which is to connect between USB Type-C receptacle and phone system board. The final one is WiGig connector. More and more applications appear at the market due to the 5th generation mobile network, including WiGig, which operates at 60GHz with a wireless date rate up to 7Gbps. It may replace Wi-Fi and is ten times faster than Wi-Fi. The proposed concepts and methods in this thesis may be applied to electronic devices for improving their quality to bring benefits to connector industry.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 章節概述 3
第二章 連接器概論 5
2.1 前言 5
2.2 連接器分類與發展 5
2.3 連接器性能 6
2.3.1 機械性能 6
2.3.2 電氣性能 7
2.3.3 環境性能 7
2.4 連接器結構 8
2.4.1 外殼 8
2.4.2 塑膠 9
2.4.3 端子 9
2.5 連接器製造與焊接方式 10
2.6 結論 11
第三章 高速電路理論 12
3.1 前言 12
3.2 特性阻抗 12
3.3 差模訊號與共模訊號 15
3.3.1 差模(奇模)之特性阻抗 17
3.3.2 共模(偶模)之特性阻抗 18
3.3.3 差模與共模訊號討論 20
3.4 頻寬與脈衝上升時間 21
3.5 阻抗匹配與時域反射原理 24
3.6 傳輸損耗 28
3.7 串音干擾 30
3.8 傳輸延遲與偏移 32
3.9 結論 33
第四章 RJ-45高速連接器設計 34
4.1 前言 34
4.2 RJ-45連接器規範與架構 35
4.2.1 機械架構與特性規範 35
4.2.2 電氣規範 36
4.3 RJ-45連接器模擬分析 38
4.4 以PCB板實現理想公端 58
4.5 結論 70
第五章 USB Type-C高速連接器設計 71
5.1 前言 71
5.2 USB Type-C連接器規範與架構 72
5.2.1 機械架構與特性規範 72
5.2.2 電氣規範 75
5.3 USB Type-C連接器模擬分析 77
5.4 軟性印刷電路板與板對板連接器 106
5.5 結論 120
第六章 WiGig高速連接器設計 121
6.1 前言 121
6.2 WiGig連接器架構與規範 122
6.3 WiGig連接器模擬分析 123
6.4 結論 129
第七章 結論 130
參考文獻 131
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Available:http://www.repairsuniverse.com/asus-zenfone-3-repair-guides.html
[26] Wikipedia, “WiGig,” [Online]. Available:https://zh.wikipedia.org/wiki/WiGig
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