实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

2022-03-11 照明小编 www.gdzrlj.com
浏览

系统架构师正在使用超板技术来扩展信号的范围和密度,并通过超低斜双轴电缆路由信号来实现高速数据速率传输,而不是使用昂贵的、损耗大的PCB方案。

行业观察员指出,新出现的28GB/s和56GB/s的高速系统需求,以及现在的112GB/s,正接近传统电子硬件的物理极限,特别是传统的PCB基板和组件解决方案。 在112Gb/s PAM4和更高速率下,开发人员面临着日益增加的数据量、可伸缩性和密度需求的挑战,以及应对功耗、散热、信号完整性、时间和成本的影响。

为了达到这些数据速率,设计师通常需要使用具有较低介电常数和耗散因子的特殊PCB材料,遗憾的是,这些材料往往非常昂贵。较高的数据速率带来的另一个挑战是信号完整性(SI)。

实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

PCB材料,双轴电缆,和光纤的路径长度比较

为了解决这一问题,并可传输更高的数据速率,通常需要在信号路径上加装多个昂贵的芯片。简而言之,在PCB中路由今天的高速信号既具有挑战性,成本也昂贵。

实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

PCB材料与微型双轴电缆插入损耗的比较

超板技术是另外一种替代方法

系统架构师现在正在使用一种替代的方法来扩展信号范围和密度,通过低损耗、超低倾斜的双轴电缆,而不是通过昂贵的、损耗大的PCB方案来实现下一代高速传输。

在典型的中板应用中,电缆连接器位于现场可编程门阵列(FPGA)或特定应用的集成电路(如,ASIC)旁边。信号通过离散或带状双轴电缆,在PCB上最短距离传输,发射到板上的另一个位置或输入/输出(I/O)连接器,例如,QSFP连接器。

实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

设计人员可以用低损耗、超低斜双轴电缆扩展信号范围,而不是通过损耗PCB路由信号。

高性能电缆系统允许设计人员在机架内将一块板连接到另一块板上,建立了灵活的背板结构,也可以用作机架到机架的互连。这两种方法都保留了传统的背板体系结构,同时降低了PCB的复杂性,实现了更高的性能目标。

这种方法有许多优点。首先,可以达到56Gb/s、112Gb/s或更高的数据传输速率。这种策略简化了板的设计,允许更灵活的模块化结构,并通过消除信号缓冲和增加气流来支持散热。 此外,它最大限度地减少了对昂贵PCB材料和更高层次PIN数的需要,并降低了成本。

连接器设计

许多设计有助于上述电缆组装系统整体性能的实现,包括直接连接高速连接器、双轴电缆和PCB路由策略等。

直接连接的方法通常去掉了过渡板上电缆连接器。例如,接触系统必须设计成可以直接连接的形状。不仅要对现有触点的轻微修改,引线需要扩展,还要允许电缆连接。直接连接接触系统的设计是为了最小化整个电缆过渡区域的阻抗变化,来减轻通道内的共振。

实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

接触系统的设计是为了优化信号的完整性性能。

线缆是关键

电缆对系统性能的影响至关重要。Samtec Eye Speed ultra-low-skew 电缆技术采用共挤双轴电缆和一流的过程控制。改善了电缆损耗和临界内部对倾斜。消除了一些缺陷,如更高的损耗,更高的倾斜和共振等。

实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

双轴电缆的建造对整个系统的性能至关重要。

总结

高速背板设计是高速传输很好的解决方案。设计师在高速背板上面临的三个常见挑战,包括损耗、路由密度和倾斜等。通常,即使使用更昂贵的高速PCB材料,也很难解决损耗的问题。

信号传输倾斜也是一个越来越重要的问题。由于介电常数(DK)的局部变化,在微分对的线上产生额外的时滞偏斜。这导致了眼图的变化,因为随着频率的增加,差分信号的损失越来越大。随着更高的数据速率,这些影响也变得更严重。

实现112Gb/s PAM4数据速率高速传输

Samtec 的QS FP28电缆组件

另外,像Samtec 的Flyover®技术,创新了超板方法,允许设计者创建更灵活的系统架构,扩展信号的到达路径和密度,可实现下一代更高速度的传输。