10Gbps SerDes를 위한 아이 다이어그램 분석: 스핀하기 전에 채널 검증

레이아웃 툴을 신뢰할 때의 문제점

두 개의 엣지 마운트 SMA 커넥터를 사용하여 20cm FR-4 트레이스에 10Gbps SerDes 레인 (PCIe Gen 3 또는 XAUI 링크) 을 라우팅했습니다.DRC는 녹색이고, 임피던스는 종이에서 100Ω 차이이며, 트레이스는 최소한의 비아로 직선입니다.괜찮을 거예요, 그렇죠?

아마도.아닐 수도 있어요.10Gbps에서 나이퀴스트 주파수는 5GHz이고 FR-4는 특정 라미네이트 등급에 따라 해당 주파수에서 약 0.5-1dB/cm의 손실이 발생합니다.커넥터를 만지기도 전에 20cm를 돌리면 삽입 손실이 10~20dB에 달합니다.각각 1~2dB의 커넥터 두 개를 추가하면 나이퀴스트에서 총 손실이 12-24dB인 채널을 보게 됩니다. 완전히 눈을 감게 할 수도 있습니다.

보드를 돌리지 않고도 확실하게 알 수 있는 유일한 방법은 측정된 S-파라미터로부터 아이 다이어그램을 시뮬레이션하는 것입니다.

필요한 것: 2포트 S-파라미터 파일

아이 다이어그램 도구를 열기 전에 VNA로 채널 반응을 캡처하세요.파일은 다음과 같아야 합니다.

• 포맷: 터치스톤 .s2p (2-포트)
• 주파수 범위: 10MHz ~ 최소 15GHz (데이터 속도의 3배가 좋은 규칙임)
• 포인트: 1001 이상, 로그 간격 또는 선형 간격 모두 작동
• 포트 레퍼런스 임피던스: 50Ω 싱글 엔디드 (디퍼런셜 페어의 경우 100Ω 디퍼런셜의 경우 4포트 .s4p 또는 혼합 모드 S21의 2포트 측정 필요)

시뮬레이션을 실행하기 전에 확인해야 할 주요 파라미터: VNA에서 5GHz에서의 S21이 이미 -18dB 이상이면 눈 시뮬레이션을 통해 눈이 감긴 것으로 확인되므로 다시 회전하기 전에 조치를 취해야 합니다.

아이 다이어그램 도구 설정

.s2p 파일을 [아이 다이어그램 도구] (/tools/아이 다이어그램) 에 업로드하고 다음 매개변수를 구성합니다.

이 도구는 채널의 주파수 영역 응답 (S-파라미터) 을 PRBS 비트 스트림과 결합하고 지정된 TX 파형을 적용한 다음 모든 UI 기간을 서로 겹쳐서 시각화합니다.

결과 읽기: 개방형 vs. 폐쇄형

10Gbps의 건강한 눈은 다음과 같은 결과를 보여야 합니다.

“매스블록_0"

“매스블록_1”

도구는 이 수치를 직접 보고합니다.대략적인 지침은 다음과 같습니다.

Isola FR408 (일반 제품보다 우수한 라미네이트) 을 사용하는 일반적인 20cm FR-4의 경우 눈 높이가 180mV이고 너비가 0.46 UI에 달할 수 있습니다. 이는 미미하지만 무난한 수준입니다.습지 표준 FR-4 (Tg 135) 로 전환하면 동일한 형상이 80mV 및 0.28 UI로 떨어지는 경우가 많습니다. 눈을 감고 링크가 고장난 것입니다.

눈을 감았을 때 취해야 할 조치

옵션 1: 트레이스 길이 줄이기 가장 간단한 해결책입니다.20cm가 아닌 12cm로 경로를 변경할 수 있는 경우 약 4—8dB의 삽입 손실을 복구할 수 있습니다.다시 시뮬레이션하여 확인하십시오. 옵션 2: 저손실 라미네이트로 전환하십시오. 표준 FR-4에서 Isola 370HR 또는 파나소닉 메가트론 6과 같은 중손실 라미네이트로 전환하면 5GHz에서의 손실을 30~ 50% 줄일 수 있습니다.[제어 임피던스 계산기] (/계산기/PCB/제어 임피던스) 를 사용하면 새로운 적층 치수가 100Ω 목표를 충족하는지 확인할 수 있습니다. 옵션 3: CTLE 또는 DFE 이퀄라이저를 추가하십시오. 대부분의 10G SerDes PHY에는 조정 가능한 피킹이 가능한 연속 시간 선형 이퀄라이저 (CTLE) 가 있습니다.5GHz에서 피킹이 6dB인 CTLE는 최대 -22dB의 삽입 손실로 채널을 복구할 수 있습니다.CTLE 전달 함수를 적용한 상태에서 시뮬레이션을 다시 실행하여 균등화된 눈을 확인하십시오. 옵션 4: 커넥터 디임베딩 VNA 측정에 픽스처 론치 또는 최종 설계에서 사용하지 않은 커넥터 패드가 포함된 경우 해당 패드를 디임베드하십시오.1dB의 인위적 손실 회복 효과도 한계 시선이 통과 영역 안으로 들어갈 수 있습니다.

비아 스텁 레조넌스에 대한 참고 사항

S-파라미터 시뮬레이션은 포착하지만 레이아웃 검사에서는 완전히 누락되는 실패 모드 중 하나는 스텁 공진을 통해서입니다.0.8mm 스터브가 있는 1.6mm 보드의 스루홀 비아는 대략 다음과 같은 속도로 공진합니다.

“매스블록_2"

이는 5GHz를 훨씬 상회하는 수준이므로 표준 비아도 괜찮습니다.하지만 3.2mm 스터브 (두꺼운 백플레인 한가운데에 배치할 때 흔히 사용됨) 는 12GHz 근처에서 공명을 일으키기 때문에 눈에 거슬리는 부분이 있습니다.[비아 스텁 레조넌스 계산기] (/culators/pcb/via-stub-resonance) 를 사용하면 S-파라미터를 캡처하기도 전에 이를 알릴 수 있습니다.

Fab에 파일을 보내기 전에

아이 다이어그램 툴은 직관적인 레이아웃 검사를 정량적인 합격/불합격 결정으로 바꿔줍니다.측정된.s2p를 업로드하고 링크 매개변수를 입력한 다음 눈 높이와 눈 너비라는 두 개의 숫자를 살펴보세요.둘 다 초록색 영역에 속한다면 커밋하세요.그렇지 않다면 보드 스핀에 돈을 쓰기 전에 어떤 노브를 돌려야 하는지 정확히 알 수 있을 것입니다.

[아이 다이어그램 시뮬레이션 실행] (/tools/아이 다이어그램)