10Gbps网络背板设计关键

文章摘要： 弹性的SerDes解决方案RaSer X SerDes是采用多种技术以达到弹性的高效能网络背板之解决方案。整合灵活的传送接收均衡技术可提供带有连续自适应技术的DFE。此外，RaSer X也同时支持2-PAM与4-PAM操作，频带覆对范围为4Gbps与6Gbps，如图9所示。为克服讯息信道之变化特性以达到更高效能与更低的位误码率（BER），RaSer X也同时支持信号类型为手动或自动化模式选择。图9：整体链接方块图与RaSer X SerDes的2-PAM/4-PAM范围。规划部署系统工程师在重新翻修其背板，使之适应更高数据率时有两种选择，其一是购买现成的ASSP，或是为了新功能重新设计一个A

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弹性的SerDes解决方案

RaSer X SerDes是采用多种技术以达到弹性的高效能网络背板之解决方案。整合灵活的传送接收均衡技术可提供带有连续自适应技术的DFE。此外，RaSer X也同时支持2-PAM与4-PAM操作，频带覆对范围为4Gbps与6Gbps，如图9所示。为克服讯息信道之变化特性以达到更高效能与更低的位误码率（BER），RaSer X也同时支持信号类型为手动或自动化模式选择。

　
图9：整体链接方块图与RaSer X SerDes的2-PAM/4-PAM范围。

规划部署

系统工程师在重新翻修其背板，使之适应更高数据率时有两种选择，其一是购买现成的ASSP，或是为了新功能重新设计一个ASIC。两个主要因素─商业的及技术的─决定正确的规划部署背板效能。

如果目标系统的出货量非常小，则ASSP是一种最具经济效益的选择。举例来说，在每年销售量小于500台的核心路由器中，一颗ASSP的量产成本大约为200元，每年所花费的总成本大约为100,000美元。另一方面，一颗功能复杂的ASIC的NRE成本则可能会超过200万美元。在少量投产的情况下，普通的出货也许无法证明高的前端NRE费用与ASIC解决方案有关。

不过，无论成本如何，有几种情况无法简单地实现ASSP。如必须整合128个讯息信道的开关结构。我们不可能简单地在一块板上安装128个单信道分离串行／解串行器（SerDes），或是36个四信道分离式SerDes。因为PCB层数和信号路由的复杂度将成为恶梦。在这种情况下，ASIC将成为适当的选择。

结论

信号完整性（SI）应该推动硅芯片技术的发展，而非相反的方向。为了替背板找寻适当的解决方案，我们首先必须彻底了解背板的特性。另外，由于走线与系统制造过程中可能产生的变化，工程师必须确认最坏情况的讯息信道。最后的关键，是部署一个灵活的解决方案，该方案必须满足成本要求，并同时适应背板中的特性变化，以及在大多数作业中的动态环境条件。

作者档案
Leo Wong负责Rambus公司的全球10Gbps核心与背板营销业务。加入Rambus公司前，他曾任职于风险投资商投资的半导体公司如BitBlitz，以及公开上市公司如Altera，担任资深管理工作。Leo着有10余篇技术文章，并拥有UC Berkeley大学的电子工程暨计算机科学学位。

参考文献

[1] J. Zerbe et al., “Equalization and Clock Recovery for a 2.5 – 10Gb/s 2-PAM/4-PAM Backplane Transceiver Cell,” ISSCC 2003 Digest of Technical Papers

附录：信号完整性问题

表层效应：交流电的方向或电流的瞬时脉冲流动主要是在一个固态电子导体的外部表面附近，如金属线或走线，因此能在高频情况下增加导体的有效阻抗。来自于趋肤效应的损耗会直接与频率的平方根成正比。

电介值损耗：导致板上走线的信号能量丢失现象，与对电路板周围的电介值加热是一样的。在这情况下，电场会透过走在线的信号被传导，并引发电介质内的电子流动。这种损耗是以线性方式和频率一起增加，因此在高频背板操作中，这将成为真正的信号损失来源。

过孔残段效应：信号反射特性与高频的对比。过孔残段（via stub）是所有PC板的共通特性，但在低速背板应用中，这种效应是微不足道的。复杂的背板走线、更大的过孔残段，都将导致信号反射总数量的增加。

串扰：背板噪音的主要来源。这种现象是由背板内高度紧凑的连接器脚位数组以及走线所引发的。串扰的起因是电感与电容在差分信号（differential pair）间的耦合，它可以被归类为两种不同的属性──近端串扰（near-end crosstalk，NEXT）与远程串扰（far-end crosstalk，FEXT）。

符号间干扰（ISI）：这种现象是由布在讯息信道上，迅速增殖的各种低频与高频所造成的，其结果是让远程的数据脉冲变得更宽与更平坦，因此导致部份数据位与相邻的数据位重迭。

ISI抖动：在邻近数据位传送时间内的波动，是由进入到邻近位的数据脉冲能量造成内部符号干扰所引发的。

内部对偏斜（Intra-pair skew）：差分信号间的两个偏斜总额。这种偏斜会透过走线长度失配、信号走间中的非均匀性弯曲、过孔残段与过孔转换所引发。

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