關於 5G 系統機電互連的知識
為裝置提供 5G 的互連挑戰
5G 可能給人無處不在的錯覺，但目前的共識是，最新的行動網路仍需要幾年時間才會跟 4G/LTE 一樣普及。這符合每 10 年換新網路一次的歷史趨勢，因此我們可以預期 6G 系統將於 2030 年左右出現。但這也使得現在應用 5G 的人成為「早期採用者中的後段班」，儘管這聽起來有點矛盾。
而這其實是好事，5G 已有一批早期採用者，但尚未形成主流。現在正是開發第一代 5G 解決方案的好時機，製造商可以期望在 6G 開始接班之前的這十年時間裡開發幾代產品。
任何第一代產品都是打造卓越設計的最佳起點，儘管設計過程中可能遇到與新技術相關的挑戰，但也能克服這些挑戰。對於 5G 來說，主要的挑戰也是其最大特色：效能。在 5G 的世界，一切都變快了。但設計師和系統工程師馬上就會明白，速度快對他們來說並不總是代表有趣。
訊號完整性對任何高頻訊號來說都是一個大問題，無論是透過導體或經由空氣傳導。5G 的所有主要優勢，像是高密度流量、更高效的頻譜使用率、更多頻寬和更低的延遲，都需要在網路上的每個端點提供，包括在電路板層級、電路板之間以及這些電路板上的元件之間。這就是 4 級脈衝振幅調變 (PAM-4) 方案之所以重要的原因，它能提供 56 Gbps 和 112 Gbps 的速度，遠高於其所取代的不歸零 (NRZ) 調變方案。雖然 NRZ 仍將繼續使用一段時間，但 PAM-4 將開始支援 5G。
國際電信聯盟ITU-R M.2083中定義的5G網絡的關鍵能力。 （來源：ETSI）
歐洲電信標準協會 (ETSI) 定義了 5G 系統必須滿足的速度、延遲和效率的八個層面，如下所示。ETSI 更加重視國際電信聯盟無線電通訊部門 (ITU-R) 所認定的三個主要使用案例：強化行動寬頻 (eMBB)、大規模機器類型通訊 (eMTc) 及超可靠低延遲通訊 (URLLC)。為了滿足這些使用案例的需求，業界正在利用新技術和方法，例如毫米波傳輸、更小和更多的基地台、波束成形和 MIMO 天線技術。MIMO 的特性可提高發射器的天線密度，將天線陣列密度提高至 256 個元件。
對裝置製造商來說，這意味著裝置體積將變得更小、能效更高，處理的訊號路徑也更多。這些實體連接需要能支援 PAM-4 傳輸速率的訊號完整性層級。預期所有垂直市場都會需要 5G，主要是因為其低延遲，這些市場需仰賴能在元件層級支援高資料傳輸量的系統。
全新網路
從 4G/LTE 跳到 5G 如此重要的部分原因，是因為其重新定義了網路拓撲，因為前幾代都是建立在舊式系統上，只不過延續了技術和方法。到了 5G，那些舊式系統被拋諸腦後，從 5G 採用全新無線電標準便可知其特色。事實上，網路的每個層面都得到重新定義。當然，要達成目標仍需一定程度地仰賴現有技術，例如能承載毫米波訊號的射頻連接器。
5G 日益開放，為網路結構帶來根本上的改變。4G 的無線電存取網路 (RAN) 包含基頻單元和遠端無線電站。到了 5G，則變成由集中式單元、分散式單元、無線電單元和 MIMO 天線組成的前傳網路。
這裡將會部署新的遠端無線電站、主動式天線單元和基頻單元。前傳將連接到核心網路，而前面提到的使用案例中發現的實際裝置將使用 MIMO 天線透過前傳網路連接。
雖然整個網路中許多地方都將使用光纖互連，但銅互連在新的 5G 拓撲中仍將發揮重要作用。
Molex 全球產品經理 Mike Hansen 說明，對銅互連解決方案的主要需求來自電路板之間的佈線，還有電路板之間的佈線。使用雙軸的纜線組件可以路由高速訊號，同時避免與 PCB 走線相關的損耗。
Hansen 解釋，除了 5G 帶來轉變，加上主動式天線單元 (AAU) 的發展，其採用大規模 MIMO 架構並具備大量處理功能，全都整合在極其小巧的體積內，因此高密度的銅互連對系統架構來說是必不可少的。
路由高速 5G 訊號
就電路板層級來說，PCB 逐漸成為高速訊號的主要障礙。雖然轉往光纖互連可以減少一些阻礙，但有些時候，電子訊號仍需要與 IC 連接，而這正是進階互連解決方案派上用場之處，其可提供更高的訊號完整性和敏感差分訊號所需的低插入損耗。
經過強化的邊緣連接器，提供了在單一輕巧型連接器上容納差分對組、單端訊號再加上電源所需的密度，同時還能避免訊號完整性的問題。
訊號現在不再穿過擁擠且會損耗的 PCB，而是從 PCB 的一側路由到另一側，或直接從 I/O 路由到 IC，使用由雙同軸纜線製成的組件。這些所謂的旁路纜線組件可避開與傳統 PCB 相關的損耗，而無需進出光纖的領域，因此可將成本和延遲維持在最低程度。
為了支援 5G 網路所需要的頻寬，電信業者使用 56 Gbps PAM-4 訊號，另外也盡可能使用 112 Gbps。路由訊號要維持這種速度，必須得在連接器層級仔細安排阻抗匹配。路由 PAM-4 訊號的解決方案包含 Molex 的 NearStack 100 歐姆和 85 歐姆系列。NearStack PCIe 連接器支援 32 Gbps 和 NRZ 編碼。
像是 NearStack On-the-Substrate 系統等更直接的解決方案，則使用直接到晶片的基板雙軸連接，將接觸點直接放在 ASIC 表面。此系統目前支援 56 Gbps 和 112 Gbps 的 PAM-4 連接。
雙軸纜線組件允許敏感的高速差分訊號直接從 I/O 路由到 ASIC，而不會產生與 PCB 中的 FR4 軌道相關的損耗。(資料來源：Molex)
欲瞭解更多產品資訊，請在專題頁面供應商清單中下載查看5G系列產品白皮書。