10 Gbps SerDesのアイダイアグラム分析:スピン前にチャネルを検証

レイアウトツールを信頼する場合の問題

10 Gbps SerDes レーン (PCIe 第 3 世代または XAUI リンク) を、2 つのエッジマウント SMA コネクタを備えた 20 cm FR-4 トレースを介してルーティングしました。DRC は緑色で、紙の上ではインピーダンスは 100 Ω の差で、トレースはまっすぐでビアは最小限です。問題ないはずですよね？

たぶん。そうではないかもしれない。10 Gbps のナイキスト周波数は 5 GHz で、FR-4 は、特定のラミネートグレードにもよりますが、その周波数で約 0.5～1 dB/cm の損失が発生します。20 cm 走ると、コネクタに触れる前に挿入損失が 10 ～ 20 dB になります。それぞれ 1 ～ 2 dB のコネクタを 2 つ追加すると、ナイキストでの総損失が 12 ～ 24 dB のチャネルになります。これは、目を完全につぶすほどです。

基板を回転させずに確実に知る唯一の方法は、測定したSパラメータからアイダイアグラムをシミュレートすることです。

必要なもの:2 ポート S パラメータファイル

アイダイアグラムツールを開く前に、VNA でチャネル応答をキャプチャしてください。ファイルは次のようになっているはずです。

-フォーマット: タッチストーン .s2p (2 ポート) -周波数範囲: 10 MHz～少なくとも 15 GHz (3 倍のデータレートが目安です) -ポイント: 1001 以上、対数間隔でもリニア間隔でも動作可能 -ポート・リファレンス・インピーダンス: 50 Ω シングルエンド (差動ペアの100 Ω差動には、4ポートの.s4p、または混合モード S21 の 2 ポート測定が必要です)

シミュレーションを実行する前に確認しておくべき主なパラメーター:

5 GHz の S21 が VNA ですでに -18 dB 以下であれば、目のシミュレーションで目を閉じていることを確認できます。再スピンする前に行動を起こす必要があります。

アイダイアグラムツールのセットアップ

.s2p ファイルを [アイダイアグラムツール] (/tools/eye-diagram) にアップロードし、以下のパラメーターを設定します。

このツールは、チャンネルの周波数領域応答 (S パラメータから得られる) を PRBS ビットストリームと畳み込み、指定した TX 波形を適用し、すべての UI 期間を重ねて見やすくします。

結果を読む:オープンとクローズ

10 Gbps の 健康な目 なら以下のことが分かるはずです。

「MATHBLOCK_0」

「マスブロック_1」

ツールはこれらの数値を直接報告します。大まかな目安としては:

Isola FR408 (市販品よりも優れたラミネート) を使用して一般的な 20 cm FR-4 を実行すると、目の高さが 180 mV、幅が 0.46 UI になる場合があります。これはわずかですが、問題ありません。ボグスタンダードのFR-4 (Tg 135) に切り替えると、同じ形状が 80 mV と 0.28 UI に低下することがよくあります。目を閉じてリンクに障害が発生します。

目を閉じているときの対処法

オプション 1: トレース長を短くします。 最も簡単な解決方法。20 cm ではなく 12 cm に配線を変更できれば、約 4 ～ 8 dB の挿入損失を回復できます。再シミュレーションを実行して確認してください。 オプション2: 低損失ラミネートに切り替えます 標準のFR-4からIsola 370HRやパナソニックMegtron 6などの中損失ラミネートに移行すると、5 GHzでの損失が30～ 50% 削減されます。[制御インピーダンス計算ツール] (/calculators/PCB/制御インピーダンス) は、新しいスタックアップ寸法が100Ωの目標値を満たしていることを確認するのに役立ちます。 オプション 3: CTLE または DFE イコライザーを追加 ほとんどの 10G SerDes PHY には、ピーキングを調整できる連続時間リニアイコライザー (CTLE) が搭載されています。5 GHz でピーキングが 6 dB の CTLE であれば、挿入損失が最大 −22 dB のチャンネルをレスキューできます。CTLE 伝達関数を適用してシミュレーションを再実行し、イコライズされたアイを確認します。 オプション 4: コネクタの埋め込みを解除 VNA 測定に、最終設計では使用しないフィクスチャ・ローンチやコネクタ・パッドが含まれている場合は、それらの埋め込みを解除します。1 dB の人工的な損失回復でも、わずかな目がパスゾーンに移動する可能性があります。

ビア・スタブ・レゾナンスに関する注意事項

Sパラメータシミュレーションでは捕捉できるがレイアウトチェックでは完全に見落とされる故障モードの1つが、スタブレゾナンスによるものです。1.6 mm 基板の 0.8 mm スタブ付きスルーホールビアは、おおよその位置で共振します。

「マスブロック_2」

これは 5 GHz をはるかに超えているので、標準ビアでも問題ありません。しかし、3.2 mm のスタブ (太いバックプレーンの真ん中に配線する場合に一般的) は 12 GHz 付近で共振するため、目を見張るような切り欠きが加わります。[ビア・スタブ・レゾナンス・カリキュレータ] (/calculators/pcb/ビア・スタブ・レゾナンス) は、Sパラメータをキャプチャする前にこのことを知らせてくれます。

ファイルを Fab に送信する前に

アイダイアグラムツールは、直感的なレイアウトチェックを定量的な合否判定に変えます。測定した.s2pをアップロードし、リンクパラメータを入力して、目の高さと目の幅という2つの数値を確認します。両方がグリーンゾーンにある場合は、コミットしてください。そうでない場合は、ボードスピンにお金をかける前に、どちらのノブを回すべきかが正確にわかります。

[アイダイアグラムシミュレーションを実行する] (/tools/アイダイアグラム)