Análisis del diagrama ocular para SerDes de 10 Gbps: valida tu canal antes de girar

El problema de confiar en tu herramienta de diseño

Has recorrido una línea SerDes de 10 Gbps (un enlace PCIe Gen 3 o XAUI) a través de una línea FR-4 de 20 cm con dos conectores SMA montados en el borde. La RDC es de color verde, la impedancia es un diferencial de 100 Ω sobre el papel y la traza es recta con un mínimo de vías. Debería estar bien, ¿verdad?

Quizás. Quizás no. A 10 Gbps, la frecuencia de Nyquist es de 5 GHz, y el FR-4 pierde entre 0,5 y 1 dB/cm a esa frecuencia, según el grado de laminado específico. Un recorrido de 20 cm es una pérdida de inserción de 10 a 20 dB incluso antes de tocar los conectores. Añada dos conectores de entre 1 y 2 dB cada uno y obtendrá un canal con una pérdida total de entre 12 y 24 dB en Nyquist, lo que podría llegar a colapsar el ojo por completo.

La única forma de saberlo con certeza, sin dar vueltas en la lengua, es simular el diagrama ocular a partir de los parámetros S medidos.

Lo que necesita: un archivo de parámetros S de 2 puertos

Antes de abrir la herramienta de diagramas oculares, captura la respuesta de tu canal con un VNA. El archivo debe ser:

• Formato: Touchstone .s2p (2 puertos)
• Rango de frecuencia: De 10 MHz a al menos 15 GHz (3 veces la velocidad de datos es una buena regla)
• Puntos: 1001 puntos o más, tanto espaciados logarítmicamente como linealmente, funcionan
• Impedancia de referencia del puerto: 50 Ω de un solo extremo (el diferencial de 100 Ω para un par diferencial requiere un .s4p de 4 puertos, o una medición de 2 puertos del S21 de modo mixto)

Parámetros clave que hay que comprobar incluso antes de ejecutar la simulación: Si el S21 a 5 GHz ya tiene -18 dB o menos en el VNA, la simulación ocular confirmará que el ojo está cerrado, por lo que tendrás que actuar antes de volver a girar.

Configuración de la herramienta de diagramas oculares

Sube tu archivo.s2p a la [herramienta de diagramas oculares] (/tools/eye-diagram) y configura estos parámetros:

La herramienta convoluciona la respuesta del canal en el dominio de la frecuencia (a partir de los parámetros S) con el flujo de bits PRBS, aplica la forma de onda TX especificada y, a continuación, superpone todos los períodos de la interfaz de usuario para crear una imagen atractiva.

Leyendo los resultados: abierto o cerrado

Un ojo sano a 10 Gbps debería mostrar:

La herramienta informa directamente de estos números. A modo de guía aproximada:

Un FR-4 típico de 20 cm con el Isola FR408 (un laminado mejor que el normal) podría producir una altura de ojo de 180 mV y una anchura de 0,46 UI, algo marginal pero pasable. Si opta por un FR-4 (Tg 135) estándar para pantanos, la misma geometría suele bajar a 80 mV y 0,28 UI: un ojo cerrado, un eslabón fallido.

Qué hacer cuando el ojo está cerrado

Opción 1: reducir la longitud del trazo. La solución más simple. Si puede redireccionar a 12 cm en lugar de a 20 cm, recuperará aproximadamente entre 4 y 8 dB de pérdida de inserción. Vuelva a simular para confirmar. Opción 2: cambiar a un laminado con bajas pérdidas. Pasar del FR-4 estándar a un laminado de pérdida media, como la Isola 370HR o la Panasonic Megtron 6, reduce las pérdidas a 5 GHz entre un 30 y un 50%. La [calculadora de impedancia controlada] (/calculators/pcb/controlled-impedance) puede ayudarte a comprobar que las nuevas dimensiones de apilamiento mantienen tu objetivo de 100 Ω. Opción 3: Añade un ecualizador CTLE o DFE. La mayoría de los SerDes PHY de 10 G tienen un ecualizador lineal de tiempo continuo (CTLE) con picos ajustables. Un CTLE con un pico de 6 dB a 5 GHz puede rescatar canales con una pérdida de inserción de hasta -22 dB. Vuelva a ejecutar la simulación con la función de transferencia CTLE aplicada para ver el ojo ecualizado. Opción 4: desincrustar los conectores. Si su medición de VNA incluye conectores o conectores que no va a utilizar en el diseño final, desincruste los conectores. Incluso 1 dB de recuperación de una pérdida artificial puede hacer que un ojo marginal pase a la zona de paso.

Una nota sobre Via Stub Resonance

Un modo de fallo que la simulación de parámetros S detecta pero que las comprobaciones de diseño pasan por alto por completo: mediante resonancia secundaria. Una vía pasante en una placa de 1,6 mm con un tubo de 0,8 mm resuena aproximadamente a:

Eso está muy por encima de los 5 GHz, por lo que una vía estándar está bien. Sin embargo, un tubo de 3,2 mm (habitual si se pasa por el centro de una placa base gruesa) resuena cerca de los 12 GHz, añadiendo una muesca que corta el ojo. La [calculadora Via Stub Resonance] (/calculators/pcb/via-stub-resonance) lo detectará incluso antes de capturar los parámetros S.

Antes de enviar los archivos a Fab

La herramienta de diagramas oculares convierte una simple revisión del diseño en una decisión cuantitativa de aprobación o rechazo. Sube el .s2p medido, introduce los parámetros del enlace y observa dos números: la altura de los ojos y el ancho de los ojos. Si ambos están en la zona verde, confirma. Si no, sabrás exactamente qué botón girar antes de gastar dinero en una tirada de tablero.

[Ejecute la simulación del diagrama ocular] (/tools/eyediagram)