下一代模块卡接口：针对更小、更轻、更薄的计算机设备

　　【摘要】

　　本文重点介绍针对原始设备制造商（OEM）推出的M.2系列下一代规格（NGFF）连接器，该连接器采用用于更小规格的尺寸和容量的新接口标准，旨在提高数据的传输速度并节约印刷电路板（PCB）的空间。此外，为应对当前及未来对超薄解决方案的市场需求，M.2（NGFF）产品专为多种应用而设计，助力原始设备制造商应对挑战，为消费者及企业提供更新、更小、速度更快的设备。

　　当前，全球各地的消费者和企业都希望在互连世界中建立更多联系。无论身处何处，从事何种职业，人们总是希望有更新、更小且速度更快的设备帮助他们轻松实现这一需求。显而易见，原始设备制造商（OEM）和零件制造商正面临前所未有的挑战——如何设计并开发具备这些特性的设备。

　　行业领导者们为此做出了重要的贡献，他们致力开发多样的互连解决方案，帮助原始设备制造商应对挑战。例如模块卡、扩展卡，用于为个人电脑、笔记本电脑、平板电脑和游戏机等设备附加的无线Wi-Fi、WWAN（无线广域网）、蓝牙、GPS和固态硬盘（SSD）等功能。

　　在PCI-SIG行业标准组织中，M.2（Next Generation Form Factor或NGFF）连接器顺理成章的推动了上一代PCI Express迷你卡连接器的发展。为了符合OEM设备的开发特性，M.2连接器在设计上均考虑了速度及空间双重因素。

　　M.2连接器旨在提高数据的传输速度，从而满足PCI Express 3.0、USB 3.0和SATA 3.0等最新行业规范。M.2连接器的高速性能源于经过优化的上下触点设计。信号在印刷电路板（PCB）接点（图2、3中的点A）和模块卡接点（图2、3中的点B）之间实现来回传输。

　　PCI Express（PCIe）迷你卡连接器采用压接触点设计，其大面积金属材质（图2中的红色椭圆形）可将触点固定在外壳中。由于这些金属材质不在A到B（或B到A）的直线通路上，所以称为信号接脚。信号接脚会增加该区电容量、产生噪声耦合及降低高频接触性能。

　　

　　图2—PCI Express迷你卡下触点

　　M.2连接器（如图3所示）采用压接成型触点，不会出现大面积信号接脚。直线信号通路可以较大程度上优化整个信号走线的电容量并提高性能。

　　

　　图3—M.2连接器3.2H下触点

　　通过比较差分插入损耗图，可以发现PCIe迷你卡连接器的插入损耗在6.75GHz左右相交于-2dB（如图4所示），而M.2连接器在频率达到12GHz之前始终保持在-2dB以下（图5），这足以支持最新规格的PCIe 3.0、USB 3.0和SATA 3.0。

　　

　　图4—85 Ω下PCI Express迷你卡连接器的差分插入损耗图5— 85 Ω下M.2连接器2.25H的差分插入损耗

　　M.2连接器也能节约空间。与PCIe迷你卡连接器的0.8 mm间距相比，M.2连接器的0.5 mm间距足以节省20%以上的PCB空间。连接器高度也从原来的不到4 mm降低到单面模块卡的2.25 mm。双面模块卡的M.2连接器高度已降低至3.2 mm，这比PCIe 迷你卡还要低20%。

　　图6—迷你卡连接器与M.2连接器的比较

　　目前的M.2连接器采用三步斜角插入法。此方法（如图7所示）具备两个方面的优势。首先，增加了模块卡插入处的PCB空间。模块卡被固定在25°角，使得在插入区附近可以安装高度更高的零部件，从而帮助OEM节省空间，提高设计灵活性。如果模块卡固定在与母板平行的位置，则组件过高可能会影响插入路径。其次，这种模块卡插入法更方便工作人员操作。由于需要手工插入，所以操作人员的手位高于母板可以降低损害母板组件的风险。

　　

　　图7—三步插入法

　　无论是在作为“汽车轮胎”的连接器中，还是在作为“汽车引擎”的模块卡中，M.2连接器的性能及效益已经有目共睹。由于针对M.2连接器平台的模块卡市场尚处于起步阶段，连接器在性能上存在的局限性可能尚未完全发现。随着模块卡市场的不断发展，M.2连接器的卓越性能可能会使其脱离PCIe迷你卡连接器平台的行列。

　　作者简介：

　　Brian Long是TE Connectivity消费电子事业部位于美国宾夕法尼亚州哈里斯堡的现场应用工程师。他拥有逾7年连接器行业的工作经验，包括产品研发、生产制造和应 用工程等领域。Long毕业于罗切斯特理工学院，拥有机械工程学士学位和工商管理硕士学位。

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