10Gbps网络背板设计关键

技术分类: EDA工具与服务  | 2008-02-28
来源:技术网 | Leo Wong

  任何在2-P AM与4-PAM奈奎斯特基础频率中的损耗差异大于10dB的系统,都有可能得益于4-PAM信号。由相关视图第一阶段的简单分析中,我们可以清楚地看出这一点。图8显示了两个范例背板的传输函数,以及它们在6.4Gbps速率时的2-PAM及4-PAM视图。

针对两个不同背板讯息信道的2-PAM vs. 4-PAM比较

图8:针对两个不同背板讯息信道的2-PAM vs. 4-PAM比较。

  不过,有趣的是,两个讯息信道来自于同一个背板,并具有相同的走线长度与总过孔长度。唯一的不同之处在于它们的背板信号层,因此,贯穿过孔(through-via)与残段过孔(stub-via)的比例也不相同。

  在顶端(蓝色S21)部份,在1.6GHz的4-PAM奈奎斯特频率与3.2GHz的2-PAM奈奎斯特频率间的传输函数并不会陡峭。在这个例子中,2-PAM的视图拥有较高的电压边差。

  在底部(红色S21)部份,讯息信道的特性会在1.6GHz与3.2GHz奈奎斯特频率的传输函数上展现出大约30dB的差异,同时,正如预料,4-PAM 视图在这个例子中也展现了优良的电压边差。就实体角度来看,由于这两个讯通讯几乎一模一样,但在电气特性上却有极大差异,因此我们对于

‘究竟2-PAM或 4-PAM哪一个更好?’这个问题无法获得确切的答案。目前我们所获得的结论是,应该依据每个通道的特性来做正确选择。因此,关键是工程师们必须针对最坏的情况进行仔细地分析,这一点与他们在部署灵活的均衡解决方案时一样重要。

  弹性的SerDes解决方案

  RaSer X SerDes是采用多种技术以达到弹性的高效能网络背板之解决方案。整合灵活的传送接收均衡技术可提供带有连续自适应技术的DFE。此外,RaSer X也同时支持2-PAM与4-PAM操作,频带覆对范围为4Gbps与6Gbps,如图9所示。为克服讯息信道之变化特性以达到更高效能与更低的位误码率(BER),RaSer X也同时支持信号类型为手动或自动化模式选择。

整体链接方块图与RaSer X SerDes的2-PAM/4-PAM范围

图9:整体链接方块图与RaSer X SerDes的2-PAM/4-PAM范围。

  规划部署

  系统工程师在重新翻修其背板,使之适应更高数据率时有两种选择,其一是购买现成的ASSP,或是为了新功能重新设计一个ASIC。两个主要因素─商业的及技术的─决定正确的规划部署背板效能。

  如果目标系统的出货量非常小,则ASSP是一种最具经济效益的选择。举例来说,在每年销售量小于500台的核心路由器中,一颗ASSP的量产成本大约为 200元,每年所花费的总成本大约为100,000美元。另一方面,一颗功能复杂的ASIC的NRE成本则可能会超过200万美元。在少量投产的情况下,普通的出货也许无法证明高的前端NRE费用与ASIC解决方案有关。

  不过,无论成本如何,有几种情况无法简单地实现ASSP。如必须整合 128个讯息信道的开关结构。我们不可能简单地在一块板上安装128个单信道分离串行/解串行器(SerDes),或是36个四信道分离式SerDes。因为PCB层数和信号路由的复杂度将成为恶梦。在这种情况下,ASIC将成为适当的选择。

  结论

  信号完整性(SI)应该推动硅芯片技术的发展,而非相反的方向。为了替背板找寻适当的解决方案,我们首先必须彻底了解背板的特性。另外,由于走线与系统制造过程中可能产生的变化,工程师必须确认最坏情况的讯息信道。最后的关键,是部署一个灵活的解决方案,该方案必须满足成本要求,并同时适应背板中的特性变化,以及在大多数作业中的动态环境条件。

  作者档案

  Leo Wong负责Rambus公司的全球10Gbps核心与背板营销业务。加入Rambus公司前,他曾任职于风险投资商投资的半导体公司如 BitBlitz,以及公开上市公司如Altera,担任资深管理工作。Leo着有10余篇技术文章,并拥有UC Berkeley大学的电子工程暨计算机科学学位。

  参考文献

  [1] J. Zerbe et al., “Equalization and Clock Recovery for a 2.5 – 10Gb/s 2-PAM/4-PAM Backplane Transceiver Cell,” ISSCC 2003 Digest of Technical Papers

  附录:信号完整性问题

  表层效应:交流电的方向或电流的瞬时脉冲流动主要是在一个固态电子导体的外部表面附近,如金属线或走线,因此能在高频情况下增加导体的有效阻抗。来自于趋肤效应的损耗会直接与频率的平方根成正比。

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