关于5G系统的机电互连，你需要知道些什么
向设备提供5G的互连挑战
你可能感觉5G无处不在，但人们的共识是，最新的蜂窝网络仍然需要几年时间才能达到4G/LTE的普及水平。这符合每10年有一个新网络的历史趋势，我们可以预计6G系统将在2030年左右开始出现。这也使得现在以5G为目标的人都成为 "落后的早期使用者"，一个听起来有点矛盾的说法。
这是件好事。早期的用户已经在那里，但还没有达到类似主流的程度。现在是开发第一代5G解决方案的好时机。制造商可以预期在6G开始接管市场之前，开发几代产品来跨越这十年。
任何第一代产品都是建立卓越设计的理想场所，它可以在遇到和克服与新技术相关的挑战时完成。对于5G，主要的挑战也是最大的特点：性能。5G来了，一切都会变快。设计师和系统工程师会立即明白，对他们来说，快速并不总是等于快乐。
对于任何高频信号来说，信号完整性是一个大问题，无论它是通过导体还是在空气中传播。5G的所有优势——比如高度密集的流量、更有效的频谱利用、更多的带宽和更低的延迟—— 都需要在网络中的每个点上实现。这包括在板级、板与板之间以及这些板上的组件之间。这就是4电平脉冲幅度调制（PAM-4）方案的重要性所在。它将提供56 Gbps和112 Gbps的速度，远远高于它所取代的不归零编码（NRZ）调制方案。虽然NRZ仍将使用一段时间，但PAM-4将使5G能够实现。
国际电信联盟ITU-R M.2083中定义的5G网络的关键能力。（来源：ETSI）
欧洲电信标准协会（ETSI）定义了5G系统必须满足的速度、延迟和效率的八个方面，如下所示。ETSI更加强调国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）确定的三个主要用例：增强型移动宽带（eMBB）、增强型机器类型通信（eMTc）和超可靠、低延迟通信（URLLC）。为了满足这些用例的要求，该行业正在利用新的技术和方法，如毫米波传输、更小和更多的单元、波束成形和MIMO天线技术。MIMO的性质增加了发射器中的天线密度，使天线阵列密度能高达256个单元。
从设备制造商的角度来看，这表明设备在物理上更小、更省电，但它们要处理更多的信号路径。这些”物理连接“需要极高的信号完整性，达到能够支持PAM-4传输速率的水平。预计，所有的垂直市场都会需要5G，主要是因为它的低延迟性。他们将依赖能够在组件层面支持该水平的吞吐量的系统。
新的网络
从4G/LTE转向5G的部分原因是，它重新定义了网络拓扑结构。前几代产品都是建立在传统系统上，延续了技术和方法。对于5G来说，这些遗留系统已经被搁置。这可以用5G所采用的新无线电标准为特征。实际上，网络的方方面面都被重新定义。当然，它必须在实现这一目标的同时，仍然在一定程度上依赖现有的技术，如能够承载毫米波信号的射频连接器。
5G开放性的提高，使网络结构发生了根本性变化。4G的无线接入网络（RAN）包括一个基带单元和远程无线电头。在5G中，这已成为由集中式单元、分布式单元、无线电单元和MIMO天线组成的前传网络（fronthaul network）。
这就是部署新的远程无线电单元、有源天线单元和基带单元的地方。前传网络将连接到核心网络，而前面概述的用例中的实际设备将使用MIMO天线通过前传网络连接。
虽然光纤互连将在整个网络的许多地方使用，但铜质互连在新的5G拓扑结构中仍有重要作用。
Molex莫仕全球产品经理Mike Hansen解释说，对铜质互连解决方案的主要需求是在电路板之间布线，有趣的是，也包括跨板布线。使用带双轴的电缆组件可以在避免与PCB导线相关的损失的同时，实现高速信号的传输。
Hansen介绍说，随着有源天线单元（AAUs）的发展，5G已经创造了一个转变。这些AAU的特点是大规模MIMO架构和大量的处理，都在一个非常小的区域内。在系统架构中，高密度的铜质互连是必不可少的。
输送高速5G信号
在电路板层面，PCB正成为高速信号的一个主要障碍。虽然转向光纤互连可以消除部分痛苦，但在某些时候，电信号仍然需要与集成电路接口。这时，先进的互连解决方案可以提供更高的信号完整性，和敏感的差分信号（Differential Signal）所需的较低插入损耗。
改进的边缘连接器提供了除电源之外，在单个高度紧凑的连接器上挤压和差分对(differential pairs)和单端信号所需的密度。在实现这一点的同时，还能避免信号完整性问题。
现在，信号不再在拥挤和有损耗的PCB上布线，而是使用双同轴电缆制成的组件从PCB的一侧布线到另一侧，或直接从I/O到集成电路。这些所谓的旁路电缆组件避免了与传统PCB相关的损失，而不需要进出光域，使成本和延迟降到最低。
为了支持5G网络所涉及的带宽，运营商正在使用56 Gbps的PAM-4信令，并在可能的情况下使用112 Gbps。这种速度的信号路由有赖于连接器层面上的精细阻抗匹配。用于路由PAM-4信号的解决方案包括Molex的NearStack 100欧姆和85欧姆系列。NearStack PCIe连接器支持NRZ编码的32 Gbps。
更激进的解决方案，如NearStack On-the-Substrate系统，使用直接到芯片基板的双轴连接，将接触点直接放在ASIC的表面。该系统目前支持56 Gbps和112 Gbps的PAM-4连接。
Twinax电缆组件允许敏感的高速差分信号直接从I/O到ASIC，而不会产生与PCB中FR4轨道相关的损失。(来源：Molex)
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