СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2016 QSFP28 MCB AWG30 – 3m QSFP28 MCB Быстрое внедрение технологий PAM-4 в различных приложениях В статье речь идёт о PAM-4 – это технология кодирования, используемая в высокоскоростных последовательных каналах на объединительных платах, передающих данные со скоростью более 56 Гбит/с на канал. Её способность обеспечивать повышенную скорость передачи данных при том же качестве канала даёт существенную экономию, которая выражается в стоимости приобретённого оборудования. Рис. 1. Сквозной канал с разъёмами QSFP28 и переходные платы (MCB) Фанги Рао, Хейди Барнс, Keysight Technologies, Inc. Приёмники и передатчики, исполь- зующие новые технологии, уже про- демонстрировали жизнеспособность сквозных каналов PAM-4. В результа- те в настоящее время вплотную рас- сматривается возможность примене- ния этой технологии в новом поколе- нии стандартов OIF и IEEE. Но чтобы в полной мере воспользоваться преи- муществами кодирования PAM-4, нуж- но создать и проверить новые измери- тельные и моделирующие системы для этой технологии. Ч ТО ТАКОЕ PAM-4 Любая система, построенная на тех- нологии PAM-4, включает канал свя- зи между передатчиком (Tx) и приём- ником (Rx). Компоненты последова- тельного канала нужно проверять на возможность их применения с таким многоуровневым кодированием. Стан- дарты IEEE и OIF предлагают формулы частотной зависимости потерь и пере- крёстных помех для входных/выход- ных соединителей и кабелей, но не дают прямой корреляции с реальной статистикой открытия глазковой диа- граммы. Эту информациюможно полу- чить либо путём измерения сигналов сквозного канала, либо с помощью моделирования канала. В ходе измерений сквозного канала генерация сигналов PAM-4 выполняет- ся либо специализированным устрой- ством, собранным из дискретных ком- понентов, либо высококачественным генератором сигналов произволь- ной формы. Схема измерения содер- жит серийно выпускаемый генератор сигналов PAM-4, физический высоко- скоростной канал и цифровой осцил- лограф, используемый для захвата данных. Приёмник цифрового стробо- скопического осциллографа содержит аппаратную схему восстановления так- товой частоты из данных (CDR), а так- же использует несколько методов про- граммной коррекции (CTLE, DFE, FFE) для открытия глазка при выполнении измерений в зашумлённых каналах. Кроме того, измерения, выполненные с помощью осциллографа, включа- ют методы последующей обработки, используемые для выполнения базо- вого анализа сигналов. Моделирова- ние сигналов PAM-4 выполняется по методу IBIS-AMI с помощью генерато- ра сигналов IBIS-AMI, модели канала с S-параметрами и программного обе- спечения удалённого доступа для вос- становления данных приёмника. Затем этот базовый сквозной канал PAM-4 используется для проверки кор- реляции между моделью и измерени- ем. Такие базовые измерения, как высо- та глазка, его ширина и коэффициент битовых ошибок (BER), дают хоро- шую отправную точку для корреля- ции реальных параметров с результа- тами моделирования, хотя анализ отно- шения сигнала к шуму (С/Ш) зачастую позволяет быстрее оценить качество сигнала. Ф ИЗИЧЕСКИЙ КАНАЛ Чтобы продемонстрировать процесс сопоставления результатов моделиро- вания и измерения, который позволя- ет оценить пригодность компонен- та для применения в последователь- ном канале PAM-4, мы использовали кабель с разъёмами QSFP28. Разъём для печатной платы QSFP28 представ- ляет собой счетверённый компактный соединитель с полосой пропускания 28 Гбит/с на канал. Рассматриваемый физический канал использует непо- средственно подключённый медный кабель. Этот кабель совершенно пасси- вен, поскольку не выполняет никакой обработки, усиления или коррекции сигнала. Он просто передаёт данные. Применение такого кабеля определя- ется свойствами канала в целом. Про- мышленные стандарты описывают такой сквозной канал и определяют допустимые потери в кабеле, разъёме печатной платы и в переходных платах модуля (MCB). Чем толще проводники, тем меньше потери на высоких часто- тах, и тем длиннее могут быть кабели. Сквозной канал или тестируемое устройство (ТУ), используемое для проверки корреляции между модели- рованием и измерением для много- уровневого кодирования PAM-4, пока- зан на рисунке 1. Генератор сигналов передаёт по каналу скорректирован- ный сигнал, а осциллограф захваты- вает данные на другом конце и может применять дополнительную коррек- цию для получения диаграмм с откры- тым глазком. Используемый четырёхка- нальный кабель с одинаковыми парами имеет длину 3 м и сечение проводни- ков 0,05 мм 2 (30 AWG). На переходных платах все высо- коскоростные соединения 28 Гбит/с доступны через разъёмы 2,92 мм. На рисунке 2 показана нумерация контак- тов разъёма QSFP+ для двух используе- мых в измерении дифференциальных пар приёма-передачи, что позволяет анализировать перекрёстные помехи на дальнем конце. На рисунке 3 пока- зана измеренная кривая вносимых потерь для переходной платы, исполь- зующей простое проходное соедине-