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[这个贴子最后由ASP在 2005/11/24 12:04pm 第 1 次编辑]


XPRO探秘之旅 - 祥解“XP系列模块化电涌保护器”的模块连接特性  

广州雷迅   潘挺、林声亮、叶绍文  

关键字：XP系列，电涌保护器，模块，连接特性，高频电路

      自革命性的“XP系列模块化电涌保护器”推出以来，引起了广大用户的巨大反响，大家一方面为此产品革命性的设计而震撼，另一方面也在为通信系统里增加了一道连接过程是否会带来通信的问题而担忧。虽然“XPRO系列模块化电涌保护器”优秀的通信和防雷性能解除了大家的疑虑，但总是希望能够更加清楚的了解她是如何实现这一优异性能的技术要点。

为了感谢大家的支持，本文就模块接插件的通信性能和防雷性能详细解剖如下，以满足大家寻宝探幽之意。

第一站首先要说说的，是通信特性。

众所周知，在弱电通信领域里，不管在通信线路中插入什么样的连接，必然会牵涉到插入损耗、串绕等问题。而且随着信号频率的不同，有可能成为致命的因素。那么“XP系列模块化电涌保护器”中间多了一道接插组件，她又是如何避免这些参数的影响呢。为了回答这个问题，下面我们就选材、设计等几方面刨析一下。

大家都知道，高频设计对于材料选型、元件安排、PCB排布等要求很高。

影响高频传输的因素很多，以下简单从材料、零件排布、PCB设计等方面说明对高频信号的影响以及XPRO的克服要点。

1.       材料的选型：  

从传输的角度来看，材料对传输的影响主要有：

a.       连接器的接触阻抗。  

“XPRO系列模块化电涌保护器”底座的连接器选用的是在高频电路中普遍使用ISA连接器，例如这种连接器在电脑里面常常应用在网卡、显示卡、视频卡等与电脑主板连接之用，不仅要求接触的可靠性高，而且还要承担各种CPU主频下的高速通信任务。XPRO使用的就是这种连接器，并且为了增加其接触的可靠性，所有的连接点均采用镀金处理。

b.       材料的分布电容。  

从高频传输的角度来看，如果线路中存在对地的电容，高频信号就会通过电容而过滤掉。电容从广义上来讲无处不在，例如防雷器件件间的电容、PCB线路与线路间的电容等。电容是没法消除，但是可以根据电容的特性将其降到最低，

XP通过从零件的选用、PCB的介质、线路的的排布等方式做了全面的挑选及设计，以及通过RC、LC的匹配原理使整体形成更宽的带宽，从而使其对高频信号的影响达到最小的程度。

2.       零件的排布：  

在高频电路里，零件的排布对高频的辐射、线路信号的通过造成零件间的相互串扰、PCB的线路走线等都有相当大的关系。

XPRO通过理论及实际测试，对零件的排布及线路设计不断调整，总结出对信号传输影响最小的方案，使在测试及实际应用中得到很好的效果。

3.       PCB线路的设计：  

在高频电路中，同样的电路原理，PCB的设计好坏决定了产品性能。在高频电路的设计，不合理的布线将会造成线路干扰、会造成不同的信号线路间的串扰、会造成匹配阻抗偏离等而引起信号传输失败，XPRO的线路设计经过全面的信号传输特性的研究及试验，使电路的设计得到全面的优化，兼顾了高频信号的传输特性及防雷的效果。在PCB的设计时的信号线路全部或局部采用了地线包围技术、线路走线优化、以最短的走线及最少的过孔，以及最少的引线层间交替等方式，使PCB对信号的衰减及串扰控制到最小。

经过上面的分析，我们了解了“XP系列模块化电涌保护器”拥有了出众的通信特性是理所当然的了。那么她的特性究竟是怎样的呢？请看下图展示了从0-250MHz下XP系列网络模块出众的特性。以下是实际测试各线路间的串扰及插损的测试图。

（图三：）

第二站，还有一个疑问需要解决，那就是这些承担了高速通信任务的连接器是否还能同时承受雷电流的冲击？下面我们就继续展开我们的XPRO探秘之旅吧。

在XPRO的底座及模块之间是采用插入式连接的，模块端为PCB电极式插件，底座为镀金电极插座，此组合方式与电脑的板卡与电脑主板上的ISA插槽类似。

当然，电脑板卡（网卡、声卡、视频卡等）与电脑主板的连接主要是传输信号，电流一般都很小，而XP的模块与底座的连接除了需要传输信号外，还要承受雷电泄放时的瞬间大通流，所以在设计上除了需要接触良好外，在PCB的铜箔面及铜箔厚度连接及表面处理都对大电流的影响相当重要。

在XPRO的模块与底座相连接的电极采用双排2*8个电极，通过试验，1个电极就可以通过8/20 Imax 10KA的通流能力（此参数与电极的镀金及材质有关），也就是说，采用单一个电极就可以满足国标对信号电涌保护器的通流能力的要求（In:500A）.但为了减少现场作业等因素带来的变异，确保产品的使用寿命，M模块与底座的连接方式采用双电极连接，在设计上对通流能力保留了较大的余量，同时也确保连接部件在多次通过大通流冲击后不会造成连接部件的损坏，达到只需要更换模块而底座仍然接触可靠的目的。要了解XP系列对雷电的最大容许冲击电流特性，我们不得不借助一些科学的雷电模拟手段。下面这些图片就是广州雷迅RD实验室的雷电流模拟设备。这里手段涵盖100A – 120000A的雷电流模拟手段，为了确保精度，我们用了三台设备覆盖这一电流范围，本文为考证XP系列最大的冲击电流特性，只选取其中一台使用。  

为了简化过程，我们将繁杂的试验计划简化到下面几个步骤。

首先是用模拟雷电发生器的电流8/20us@5kA的冲击，经过冲击10次，验证端子与PCB连接的通流能力，经过冲击后，PCB及端子照片如下

实验结果：

结果10次5kA的电流冲击，PCB与连接端子上的铜片没有任何的损伤。

接下来我们再来加一倍，用10kA冲击正负各5次共10次，冲击后的端子及PCB的照片如下

　

将端子剖开看看，照片如下：

冲击后PCB铜箔面稍有一点大电流通过的痕迹，测量导通良好，将端子剖开，端子的铜片没有任何的放电痕迹。
　

那么我们再来加倍，将冲击电流增加到20kA冲击，正负各冲击1次共2次，冲击后的端子照片如下：

第一次20kA冲击后PCB的状况。

第二次20kA冲击后的状况。

经过2次20kA冲击后端子的状况。

经过20kA冲击状况为，第一次冲击，PCB铜箔出现部分剥离的现象，经过第二次冲击后PCB铜箔断开。通过剖开端子，发现表面略有电流烧蚀的痕迹。说明这个接插部分可承受1次20kA的模拟雷电流的冲击。

当然我们知道自然界发生在弱电系统里20kA的雷电流是少之又少了，更多的是几百安培到2、3千安培多次冲击。那么我们就用5kA冲击100次再来看看吧，5000A冲击100次以后，端子表面照片如下

经过5kA 100次冲击后，端子内的铜片没有任何的变化，说明端子在插拔的结构及该系列的In 5kA下是完全符合设计及实际使用的要求。  

总结:

通过对以上的了解，我们可以看出XPRO系列产品的推出，已经全面考虑到每一个细节，不但在其方便安装及维护的结构，在电气性能上也有突出的性能，使其对信号的传输特性及防雷的特性能够全面兼容。

所以从结构及电气上XPRO都可靠地实现其可插拔、更换式，并且模块与底座全面兼容的理念。