10Gbps网络背板设计关键

文章摘要：（b） – 反向频率均衡器S21曲线；其表现就像一个高通滤波器；（c） – 整合的S21曲线；转换函数拥有平坦性及理想的频率范围。透过分析讯息信道的单位元响应，我们可以在时域中观察ISI。图3展示了在简单的101数据模式中从有损号的讯息信道至接收器的传输所出现的ISI破坏性效应。错误的结果是由来自蓝波形的‘前体（pre-cursor）’ISI，加上来算绿波形的‘后体（post-cursor）’ISI所归纳出的，其总和会产生一个明显高于0/1电压阀值的‘0’位电压。图3：在输入到讯息信道（黑色），以及输出到讯息信道（红色）时，一个无均衡的简单101数据模式。其输出情况是分别会输出到两个分离的单位

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（b） – 反向频率均衡器S21曲线；其表现就像一个高通滤波器；
（c） – 整合的S21曲线；转换函数拥有平坦性及理想的频率范围。

透过分析讯息信道的单位元响应，我们可以在时域中观察ISI。图3展示了在简单的101数据模式中从有损号的讯息信道至接收器的传输所出现的ISI破坏性效应。错误的结果是由来自蓝波形的‘前体（pre-cursor）’ISI，加上来算绿波形的‘后体（post-cursor）’ISI所归纳出的，其总和会产生一个明显高于0/1电压阀值的‘0’位电压。

图3：在输入到讯息信道（黑色），以及输出到讯息信道（红色）时，一个无均衡的简单101数据模式。
其输出情况是分别会输出到两个分离的单位元响应（绿色、蓝色），显示出ISI是如何感应到错误的发生。

消除ISI的最常用方法是反向频率均衡。在背板链接环境中，主要的挑战是如何在极高性能与极低的面积和功率开销条件下进行有效的均衡。传送均衡（通常称为预强调（pre-emphasis）或解强调（de-emphasis））是一种简单的方法，通常能有效地消除由发散所引起的ISI。在传送均衡中，低频会对应奈奎斯特频率信号逐步衰减，因此能让整个系统的响应变得平坦，并消除ISI（见图2与图4）。

在此必须注意，在均衡情况中，输出摆动并没有增加，为了获得公平的比较，系统会维持其恒定的峰值功率约束。尽管单位元的高度较低，但透过传送均衡来消除ISI仍能有效地提升讯息噪音比（SNR）。

　
图4：无均衡的单位元响应以及一个带有5接头均衡传送器展示了透过传送均衡减少ISI。每一点都代表符号样品。

反射

事实上，要强化所有的高速背板性能，都必须先克服确实存在的反射增加情况。由阻抗失配所引发的反射出现的原因很多。为了解反射出现的原因，我们必须彻底分析背板上的所有组成部份。如图1所示，被贴装在封装中的芯片必须焊接在插入背板的线路卡上。讯息信道是从一个裸晶到另一个裸晶的完整路径。信号必须通过大量的走线才能从源头抵达终点。由表层效应与电介值损耗所产生的线路衰减将分布在很长的水平走在线。

然而，最麻烦的问题还不是由长水平走线所引起，而是来自于连接系统中所有组件的短垂直走线所产生。这些垂直走线，即我们熟知的过孔，会从芯片的封装连接到线路卡，并从线路卡连接到连接器与背板。过孔必须遵循由PCB与连接器产业所设定的严格尺寸与间隔要求，这些要求会造成约束，有时会直接与良好的电气效能产生冲突。连接器本身经常会出现内部阻抗不连续，另外，在与实际系统中的线路卡及背板整合时，也会出现阻抗不连续的情况。时域反射（TDR）分析可展示这些阻抗不连续。（见图5）

图5：反射减少，信号振幅达到接收器要求的水平，并在讯息信道传输函数中引发谐振磁倾。反射强度与阻抗失配成正比。

判断反馈均衡器（DFE）

判断反馈接收均衡（DFE）在处理损耗与发散ISI时非常有效，该方法同时能有效地帮助减少与配置相关的反射。该技术同时运用了传送及接收均衡器，以让有范围限制的DFE拥有足够的范围 （见图6，参考文献[1]亦有详细描述） 。由于发散与背板的多种功能属性有很大关联，因此传送均衡器的灵活性无论在接头数量或是接头设定方面都相当令人满意。同样地，由于接收均衡器的主要作用是减少反射，因此接头分配及加权的灵活性对于处理不同高性能背板配置中变化的反射是非常重要的。

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