Analyse du diagramme oculaire pour les SERDES à 10 Gbit/s : valider votre chaîne avant de la lancer

Le problème de la confiance en votre outil de mise en page

Vous avez acheminé une voie SerDes 10 Gbit/s (une liaison PCIe Gen 3 ou XAUI) sur une trace FR-4 de 20 cm à l'aide de deux connecteurs SMA à montage périphérique. Le DRC est vert, l'impédance est différentielle de 100 Ω sur le papier et la trace est droite avec un minimum de vias. Ça devrait aller, non ?

Peut-être. Peut-être pas. À 10 Gbit/s, votre fréquence Nyquist est de 5 GHz et le FR-4 perd environ 0,5 à 1 dB/cm à cette fréquence, en fonction du grade de laminé spécifique. Une course de 20 cm entraîne une perte d'insertion de 10 à 20 dB avant même que vous n'ayez touché les connecteurs. Ajoutez deux connecteurs à 1 à 2 dB chacun et vous obtenez un canal avec une perte totale de 12 à 24 dB à Nyquist, ce qui est potentiellement suffisant pour provoquer un effondrement complet de l'œil.

La seule façon d'en être sûr, sans faire tourner de planche, est de simuler le diagramme de l'œil à partir des paramètres S mesurés.

Ce dont vous avez besoin : un fichier de paramètres S à 2 ports

Avant d'ouvrir l'outil de diagramme oculaire, capturez la réponse de votre canal à l'aide d'un VNA. Le fichier doit être :

• Format : Touchstone .s2p (2 ports)
• Gamme de fréquences : 10 MHz à au moins 15 GHz (3 fois le débit de données est une bonne règle)
• Points : 1001 points ou plus, espacés en log ou en espacement linéaire, les deux fonctionnent
• Impédance de référence du port : 50 Ω asymétrique (un différentiel de 100 Ω pour une paire différentielle nécessite un port .s4p à 4 ports ou une mesure à 2 ports du S21 en mode mixte)

Paramètres clés à vérifier avant même de lancer la simulation : Si S21 à 5 GHz est déjà à −18 dB ou moins sur le VNA, la simulation oculaire confirmera que les yeux sont fermés et vous devrez agir avant de relancer.

Configuration de l'outil de diagramme oculaire

Téléchargez votre fichier .s2p dans l' [outil Eye Diagram] (/tools/eye-diagram) et configurez les paramètres suivants :

L'outil associe la réponse du domaine fréquentiel de votre chaîne (à partir des paramètres S) au flux de bits PRBS, applique la forme d'onde TX spécifiée, puis superpose toutes les périodes de l'interface utilisateur les unes sur les autres pour renforcer l'œil.

Lire les résultats : ouvert ou fermé

Un œil sain à 10 Gbit/s devrait indiquer :

« MATHBLOCK_0 »

« MATHBLOCK_1 »

L'outil rapporte ces chiffres directement. À titre indicatif :

Un essai type de FR-4 de 20 cm avec de l'Isola FR408 (un laminé de meilleure qualité que les produits de base) peut produire une hauteur d'œil de 180 mV et une largeur de 0,46 UI, ce qui est marginal mais passable. Passez à la norme FR-4 (Tg 135) et la même géométrie tombe souvent à 80 mV et 0,28 UI : un lien fermé et défaillant.

Que faire lorsque l'œil est fermé

Option 1 : Réduire la longueur des traces. La solution la plus simple. Si vous pouvez effectuer un reroutage à 12 cm au lieu de 20 cm, vous récupérez environ 4 à 8 dB de perte d'insertion. Résimulez pour confirmer. Option 2 : passer à un laminé à faible perte. Passer du FR-4 standard à un stratifié à perte moyenne comme l'Isola 370HR ou le Panasonic Megtron 6 réduit les pertes à 5 GHz de 30 à 50 %. Le [Calculateur d'impédance contrôlée] (/calculators/pcb/controlled-impedance) peut vous aider à vérifier que les nouvelles dimensions de l'empilement respectent votre objectif de 100 Ω. Option 3 : ajouter un égaliseur CTLE ou DFE. La plupart des PHY SerDes 10G sont équipés d'un égaliseur linéaire en temps continu (CTLE) avec pic réglable. Un CTLE avec un pic de 6 dB à 5 GHz peut sauver des canaux présentant une perte d'insertion allant jusqu'à -22 dB. Exécutez à nouveau la simulation en appliquant la fonction de transfert CTLE pour voir l'œil égalisé. Option 4 : désintégrez les connecteurs. Si votre mesure VNA inclut des lancements de luminaires ou des pastilles de connexion que vous n'utiliserez pas dans la conception finale, désintégrez-les. Même 1 dB de récupération artificielle des pertes peut déplacer un œil marginal dans la zone de passage.

Une note sur Via Stub Resonance

Un mode de défaillance que la simulation par paramètres S détecte mais que les contrôles de configuration échouent complètement : via la résonance des tronçons. Un trou traversant situé sur une carte de 1,6 mm avec un embout de 0,8 mm résonne à environ :

« MATHBLOCK_2 »

C'est bien au-dessus de 5 GHz, donc un via standard convient. Mais un tronçon de 3,2 mm (courant si vous roulez au milieu d'un fond de carte épais) résonne à une fréquence proche de 12 GHz, ce qui ajoute une encoche qui coupe l'œil. Le [Calculateur de résonance Via Stub] (/calculators/pcb/via-stub-resonance) le signalera avant même que vous ne saisissiez les paramètres S.

Avant d'envoyer les fichiers à Fab

L'outil de diagramme oculaire transforme une vérification de mise en page intuitive en une décision quantitative de réussite ou d'échec. Téléchargez le fichier .s2p mesuré, entrez les paramètres de votre lien et examinez deux chiffres : la hauteur et la largeur des yeux. Si les deux sont dans la zone verte, validez. Si ce n'est pas le cas, vous savez exactement quel bouton actionner avant de dépenser de l'argent pour faire tourner le plateau.

[Exécutez la simulation du diagramme oculaire] (/tools/eye-diagram)