Análise do diagrama ocular para SerDes de 10 Gbps: validando seu canal antes de girar

O problema de confiar em sua ferramenta de layout

Você roteou uma faixa SerDes de 10 Gbps — um link PCIe Gen 3 ou XAUI — em um traço FR-4 de 20 cm com dois conectores SMA de montagem na borda. O DRC é verde, a impedância tem um diferencial de 100 Ω no papel e o traçado é reto com vias mínimas. Deve ficar bem, certo?

Talvez. Talvez não. A 10 Gbps, sua frequência Nyquist é de 5 GHz e o FR-4 perde aproximadamente 0,5—1 dB/cm nessa frequência, dependendo do grau específico do laminado. Uma corrida de 20 cm representa uma perda de inserção de 10 a 20 dB antes mesmo de você tocar nos conectores. Adicione dois conectores de 1—2 dB cada e você verá um canal com perda total de 12—24 dB em Nyquist — potencialmente o suficiente para colapsar completamente o olho.

A única maneira de saber com certeza, sem girar a prancha, é simular o diagrama ocular a partir dos parâmetros S medidos.

O que você precisa: um arquivo de parâmetros S de 2 portas

Antes de abrir a ferramenta de diagrama ocular, capture a resposta do canal com um VNA. O arquivo deve ser:

• Formato: Touchstone .s2p (2 portas)
• Faixa de frequência: 10 MHz a pelo menos 15 GHz (3 × a taxa de dados é uma boa regra)
• Pontos: 1001 ou mais, com espaçamento logarítmico ou linear, ambos funcionam
• Impedância de referência de porta: 50 Ω de extremidade única (o diferencial de 100 Ω para um par diferencial requer um .s4p de 4 portas ou uma medição de 2 portas do modo misto S21)

Principais parâmetros a serem verificados antes mesmo de executar a simulação: Se o S21 a 5 GHz já estiver -18 dB ou pior no VNA, a simulação ocular confirmará um olho fechado — e você precisará agir antes de girar novamente.

Configurando a ferramenta de diagrama ocular

Faça o upload do arquivo.s2p para a [ferramenta Eye Diagram] (/tools/eye-diagram) e configure estes parâmetros:

A ferramenta envolve a resposta no domínio da frequência do seu canal (a partir dos parâmetros S) com o fluxo de bits PRBS, aplica a forma de onda TX especificada e, em seguida, sobrepõe todos os períodos da interface do usuário uns sobre os outros para criar a atenção.

Lendo os resultados: aberto versus fechado

Um olho saudável a 10 Gbps deve mostrar:

“BLOCO MATEMÁTICO_0"

“BLOCO MATEMÁTICO_1"

A ferramenta relata esses números diretamente. Como um guia aproximado:

Um FR-4 típico de 20 cm executado com Isola FR408 (um laminado melhor do que o normal) pode produzir uma altura de olho de 180 mV e uma largura de 0,46 UI — marginal, mas transitável. Mude para o FR-4 padrão (Tg 135) e a mesma geometria geralmente cai para 80 mV e 0,28 UI: um olho fechado, um link com falha.

O que fazer quando o olho está fechado

Opção 1: reduzir o comprimento do traço. A solução mais simples. Se você puder redirecionar para 12 cm em vez de 20 cm, recuperará aproximadamente 4—8 dB de perda de inserção. Simule novamente para confirmar. Opção 2: Mude para um laminado de baixa perda. A mudança do FR-4 padrão para um laminado de perda média, como o Isola 370HR ou o Panasonic Megtron 6, reduz a perda a 5 GHz em 30— 50%. A [Calculadora de impedância controlada] (/calculators/pcb/controlled-impedance) pode ajudá-lo a verificar se as novas dimensões de empilhamento mantêm sua meta de 100 Ω. Opção 3: Adicione um equalizador CTLE ou DFE. A maioria dos SerDes PHYs 10G tem um equalizador linear de tempo contínuo (CTLE) com pico ajustável. Um CTLE com 6 dB de pico a 5 GHz pode resgatar canais com perda de inserção de até −22 dB. Execute a simulação novamente com a função de transferência CTLE aplicada para ver o olho equalizado. Opção 4: desembutir os conectores. Se sua medição de VNA incluir lançamentos de luminárias ou conectores que você não está usando no design final, desencaixe-os. Mesmo 1 dB de recuperação de perda artificial pode mover um olho marginal para a zona de passagem.

Uma nota sobre Via Stub Resonance

Um modo de falha que a simulação do parâmetro S detecta, mas as verificações de layout erram completamente: via ressonância de esboço. Um orifício de passagem em uma placa de 1,6 mm com um talão de 0,8 mm ressoa em aproximadamente:

“BLOCO MATEMÁTICO_2”

Isso está bem acima de 5 GHz, então uma via padrão é adequada. Mas um talão de 3,2 mm (comum se você passar pelo meio de um painel traseiro espesso) ressoa perto de 12 GHz, adicionando um entalhe que corta o olho. A [Calculadora Via Stub Resonance] (/calculators/pcb/via-stub-resonance) sinalizará isso antes mesmo de você capturar os parâmetros S.

Antes de enviar os arquivos para o Fab

A ferramenta de diagrama ocular transforma uma verificação intuitiva do layout em uma decisão quantitativa de aprovação/reprovação. Faça o upload do .s2p medido, insira os parâmetros do link e veja dois números: altura e largura dos olhos. Se ambos estiverem na zona verde, comprometa-se. Caso contrário, você sabe exatamente qual botão girar antes de gastar dinheiro em uma rodada de tabuleiro.

[Execute a simulação do diagrama ocular] (/tools/eye-diagram)