СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 57 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2016 Сравнение моделирования PAM-4 с измерением Tx c коррекцией FFE 12,5 Гбит/с (6,25 Гбод), PRBS7 ТУ – QSFP28, 3 м AWG Tx DCA Rx Моделирование канала IBIS-AMI Измерение ТУ PAM-4 на приёмнике PAM-4 в приёмнике DCA Сигнал Tx c коррекцией FFE с генератора Загрузка смоделиро- ванного сигнала Tx в генератор сигналов произвольной формы Сравнение модели с измерением Результаты PAM-4 Симу- ляция AMI Tx Изме- ренный AWG Tx Отли- чие, % Ширина глаз- ковой диаг- раммы 2/3 69,7 пс 72,55 пс 4 Ширина глаз- ковой диаг- раммы 1/2 67,9 пс 74,7 пс 9 Ширина глаз- ковой диаг- раммы 0/1 62,95 пс 62,6 пс –1 Высота глаз- ковой диаг- раммы 2/3 87,6 мВ 86,2 мВ –2 Высота глаз- ковой диаг- раммы 1/2 80,0 мВ 84,6 мВ 5 Высота глаз- ковой диаг- раммы 0/1 103,0 мВ 106,2 мВ 3 Измерения Канал 1 Канал 2 Моделирование осциллографов с той же полосой про- пускания. Стробоскопическому осцил- лографу нужен периодически повторя- ющийся сигнал, чтобы он мог делать выборки сигнала в разные моменты времени и точно воспроизводить весь сигнал. Точность стробоскопических осциллографов эквивалентного вре- мени, малое отношение С/Ш и специ- ализация на работе с периодически- ми сигналами делает их идеальными приборами для измерения компонен- тов пассивных каналов и сравнения полученных результатов с результата- ми моделирования. Чтобы упростить сопоставление результатов измерения Rx, получен- ных на стробоскопическом осцилло- графе, с результатами моделирования, можно воспользоваться функциями калибровки осциллографа. Осцилло- графможно настроить так, чтобыими- тировать заданнуюполосу и топологию CDR, что позволяет использовать в симу- ляторе универсальную модель Rx AMI. Осциллографможно настроить на ими- тациюпростой системыфазовой авто- подстройки частоты (ФАПЧ) перво- го порядка с петлевой полосой пропу- скания, настраиваемой в соответствии с заданной скоростьюпередачи данных. На скорости 12,5 Гбит/с (6,25 Гбод) пет- левая полоса пропускания устанавлива- ется на 3,25МГц. На скорости 25 Гбит/с она устанавливается на 7,5 МГц. Чтобы получить плоскую групповую задержку, можно настроить АЧХ приёмника стро- боскопического осциллографа в соот- ветствии с характеристикой фильтра Бесселя четвёртого порядка, что позво- лит избежать пульсаций амплитуды из-за ограничения полосы пропуска- ния прибора. Теперь, после выбора генератора сиг- налов произвольнойформы в качестве передатчика, QSFP28 в качестве тести- руемого устройства и стробоскопиче- ского осциллографа эквивалентного времени в качестве приёмника, можно выполнить реальное измерение. Начав с чистого сигнала PAM-4 без коррекции, мы определяем, что после длинного трёхметрового кабеля QSFP28 глазок полностью закрыт даже на малой скоро- сти 12,5 Гбит/с (6,25 Гбод). Таким обра- зом, для тестирования канала PAM-4 нужно добавить коррекцию. Модели- рование упрощает оптимизацию трёх- звенной схемы FFE для снижения потерь в кабеле QSFP28. Затем этот скорректи- рованный сигнал Tx загружается в гене- ратор и измеряется осциллографом, чтобы убедиться, что смоделированный сигнал Tx с коррекцией FFE соответству- ет воздействующему сигналу Tx, исполь- зуемому в измерении. Дополнительно в симуляторе можно настроить пара- метры амплитуды, уровень шума и слу- чайный джиттер, что позволяет учесть незначительные отличия от генериру- емого сигнала. После этого калиброванный PAM-4 сигнал с коррекцией FFE подаётся на тестируемое устройство, в качестве кото- рого выступает трёхметровый кабель QSFP28 (см. рис. 7), инаблюдаетсяжелан- ный открытый глазок в приёмнике, как в симуляторе, так и в измерении. На рисунке 7 смоделированный сигнал Tx (слева вверху), обработанный трёхзвен- ной схемой FFE, экспортирован в гене- ратор сигналов произвольной формы, который генерирует измерительный сигнал Tx (слева внизу). Затем сигнал Rx, принятый на выходе канала тести- руемого устройства осциллографом (справа внизу), сравнивается с модели- руемым сигналом Rx (справа вверху). На рисунке 8 показано непосредствен- ное сравнение смоделированнойиизме- ренной глазковой диаграммына сторо- не приёмника. Обратите внимание, что при этомпервомиспытаниина скорости 12,5 Гбит (6,25 Гбод) с последовательно- стьюPRBS7 наблюдается хорошее согла- сование модели с измерением. И, наконец, нужно определить лучший метод количественной оценки корреля- ции модели и измерения. Традицион- но, измеренные данные всегда подвер- гались последующей обработке в среде моделирования, однако современные измерительные приборы содержат уникальные инструменты для быстро- го измерения и анализа захваченных сигналов. Мгновенное сопоставление результатов моделирования и измере- ния в измерительном приборе позво- ляет отображать смоделированные дан- ные в томже виде, в которомотобража- ются результатыотбраковки «годен / не годен» в процессе производства. Здесьможно легкоиспользовать задан- ные при измерении ширину и высоту глазка для сравнения результатовмоде- лирования иизмерения. Такое сопостав- ление модели с измерением на малых скоростях передачи позволяет прове- рить методологию и гарантирует, что её можно применить к более высоким скоростями большимпотерямв канале. Возможность моделировать сигна- лы с коррекцией FFE в среде симуля- тора, а затем использовать именно эти сигналы в генераторе сигналов произ- вольной формы в реальном измере- нии, позволяет получить великолеп- ную корреляциюмодели и измерения для последовательного канала PAM-4. Ключ к успеху здесь кроется в том, что- бы начать с простого случая и убедить- ся, что отличия между моделью и изме- рением минимальны. Чтобы проверить методологию, скорость передачи дан- ных следует уменьшить. Затем ско- рость передачи данных можно повы- сить и добавить дополнительную кор- рекцию для компенсации больших потерь. Анализируя генерацию сигнала и измерение сквозного канала PAM-4, инженер лучше понимает, какие эле- менты наиболее важны для обеспече- ния корреляции модели с измерением для многоуровневых сигналов. Рис. 7. Подача калиброванного PAM-4 сигнала с коррекцией FFE на тестируемое устройство Рис. 8. Сигнал на входе приёмника, включая ТУ с трёхзвенным FFE: вверху – результат измерения в канале 1A; внизу – результат моделирования в канале 2A