根据IBIS标准，信号完整性工程师必须将高速数字(HSD)发射(Tx)和接收(Rx)电路转换为IBIS- ami模型，以便在SerDes通道模拟器中使用，以评估其系统裕度。通常情况下，市场上各种商业频道模拟器的年租费或自有费用高达数千美元。现代SerDes通道模拟技术和SerDes Tx/Rx建模过程已经成熟，因此可以在SerDesDesign.com上使用基于云的工具免费获得这两者。这些工具为信号完整性工程师提供了一个低成本(零成本)的路径，用于建模和模拟SerDes系统、定制建模Tx/Rx设计、使用现有的IBIS-AMI模型以及将其定制的Tx/Rx设计转换为IBIS-AMI模型。
本文首先介绍了在信道模拟器中对SerDes系统建模的概述，介绍了SerDesDesign.com上可用的零成本工具，然后给出了一个使用Tx和Rx IBIS-AMI模型模拟SerDes系统的例子。
信道模拟器中Serdes系统的建模
根据IBIS开放论坛标准(目前是7.1版)，SerDes系统在带有SerDes通道和IBIS- ami模型的通道模拟器中表示。开云体育官网登录平台网址
图1显示了要使用通道模拟器模拟的典型SerDes系统框图。
图1。通道模拟器中的典型SerDes系统表示
这个框图对于任何通道模拟器都是通用的，但是每种工具都有其特定的方式来表示这个框图。此图在本文中有进一步参考。
这个SerDes系统的组成部分包括以下内容。
- TX IBIS-AMI:
- 该模型通常包含一个Tx均衡器，通常采用前馈均衡器(FFE)的形式，并将差分IBIS缓冲输出到通道。
- IBIS缓冲区可以是一个4端口s参数文件。
- Tx包(Tx Pkg)，通道，Rx包(Rx Pkg):
- 这些部分代表微分通道。
- 每个部分都是可选的，可以用s参数文件表示。
- RX IBIS-AMI:
- 该模型通常包含一个Rx连续时间均衡器(CTLE)、一个时钟和数据恢复单元(CDR)和决策反馈均衡器(DFE)，以及来自通道的差分IBIS缓冲区输入。
- IBIS缓冲区可以是一个4端口s参数文件。
要记住的一个关键通道模拟器属性是，它认为整个模拟内容(图1中TX AMI部分和RX AMI部分之间的绿色区域(总通道))是线性和时不变的(LTI)。作为LTI系统，SerDes系统的整个差分模拟段可以精确地用其单端脉冲响应表示。这一关键概念使信道模拟器能够实现快速模拟速度。
零成本频道模拟器
市场上有许多流行的信道模拟器(CS)。他们为SerDes信号完整性(SI)工程师提供了一个有价值的工具，用于评估他们的SerDes系统设计，以理解他们的系统在不同条件下的表现。
通常情况下，SI工程师可能无法访问他们公司的CS工具，因为无法获得许可证，或者需要与公司中的其他人共享对他们工具的访问权。
当SI工程师需要在给定总通道的各种测试条件下评估他们的Tx/Rx IBIS-AMI模型时，有一个零成本的选项可用:web上基于云的SerDesDesign.com CS。
SerDes系统CS可用在这里．
SerDesDesign.com还对中继器系统提供CS支持，包括光学中继器系统。使用这些工具需要在网站上免费注册。
SerDesign.com CS支持:
- NRZ和PAM-4信令。
- Tx/Rx参数化ffe和CTLEs的行为模型。
- 从Tx/Rx行为模型生成IBIS-AMI模型。
- Tx/Rx LTI和NLTV IBIS- ami模型(基于IBIS 7.0或更早版本)。
- Tx/Rx抖动(基于IBIS 7.0或更早版本)。
- IBIS极端情况:典型、最小、最大。
- AMI极端情况:典型、慢、快。
- 使用s参数来表示IBIS buffer, Tx package (Tx Pkg)， Channel, Rx package (Rx Pkg)， Rx IBIS buffer。
- 信道仿真统计方式。
- 信道模拟逐位模式(支持100e9位/符号)。
- 使用多个并行处理器提高信道模拟速度。
- 显示合成的眼密度图，误码率图(时间和振幅浴缸误码率图)，误码率外推，误码率等高线，时间和振幅PDF图，和各种眼睛指标。
- 为用户仅访问和模拟分配了专用远程服务器。
SerDesDesign.com CS已经使用了五年多的SerDes系统建模，并为超过40家高速SerDes半导体公司创建定制IBIS-AMI模型。下面的示例SerDes系统中并没有讨论上面列出的所有特性。
PAM4 Serdes系统使用行为模型
本节中讨论的SerDes系统基于SerDesDesign工具中配置的行为Tx/Rx模型。这些型号与PAM4信令在12.5 GBaud下使用。
Tx行为模型是一个带有水龙头的FFE，可以在模型初始化期间自动设置为最佳睁眼。Tx模型有与之相关的可选抖动。
Rx行为模型包含CTLE、CDR和DFE。CTLE有64个状态，每个状态定义了电路时域波形数据。CDR具有参数化特性，包括观测到的抖动传递函数(OJTF)转角频率。OJTF被定义为[6]作为系统的相位响应，该系统使用锁相环来生成其参考时钟，以检测接收到的数据位。OJTF具有高通频响应。在OJTF角频率(Fc)以下，输入抖动被跟踪，因此在系统的输出端没有被观察到。DFE有水龙头，可以自动和连续适应，以实现最佳的输出睁眼。Rx模型有与之相关的可选抖动。
如图1所示，总通道包括Tx模型、Tx Pkg、通道、Rx Pkg和Rx模型。对于当前的SerDes系统，每一个总通道块都用s参数文件表示。中间的信道在Nyquist (6.25 GHz)下损失为16 dB。
采用PAM4数据格式，12.5 GBaud，每个符号32个样本，10万个分析符号，在SerDes.com CS中建立SerDes系统。在仿真过程中，Tx和Rx模型初始化过程在Rx DFE之前选择最佳睁眼的Tx和Rx状态。这些最佳设置显示在SerDes.com消息窗口中。
一旦成功设置了SerDes系统通道模拟，就可以运行许多模拟来评估Tx/Rx模型的各种状态。经过多次成功的仿真，验证了SerDes系统满足要求。Tx/Rx行为模型可以被转换为IBIS-AMI模型。
图2显示了测试用例1的结果:带有Tx/Rx IBIS-AMI模型和总通道的PAM-4。
图2。测试用例1:PAM4;Tx +通道+ Rx;眼密度图(左)和时序瀑布BER图(右)
可以看到，中间的眼睛大约有66%是睁开的。时间瀑布BER图被放大到中心0.5 UI，以更好地显示曲线。误码率曲线显示了原始的(基于蒙特卡罗的)误码率数据(下降到10^-6)和外推的误码率数据(下降到10^-16)。将两个误码率数据绘制在一起可以显示外推误码率跟踪原始误码率的效果。
上述SerDes系统示例的设置和使用在SerDesDesign.com网站上有文档说明Example_PAM4_SerDes．
上面的测试用例只是SerDesDesign.com提供的Tx/Rx行为建模和通道模拟功能的完整示例。
示例使用TX/Rx IBIS-AMI模型的NRZ Serdes系统
本节讨论的SerDes系统基于为NXP半导体公司和Silicon Creations LLC开发的Tx/Rx IBIS-AMI模型。该模型可用于比特率从1 Gbps到28 Gbps的NRZ信令。在本文中，比特率为25gbps，使用SerDes.com CS进行讨论。
NXP Tx SerDes IP的框图如图3所示:
图3。NXP Tx电路设计
这个框图表示一个3-tap的FFE，电路包括一个信号路径和带有多个滤波器的控制路径，tap增益，面向通道的模上阻抗结构，设计中固有的是分布式非线性。该电路有三种弯道情况:典型、慢速和快速。
为了为这个有三个角的Tx电路创建一个行为模型，我们将Tx电路视为一个捕获了刺激/响应波形的黑箱，从黑箱中提取电路模型。Tx输出IBIS缓冲区包含芯片上模阻抗，并使用s参数定义每个角情况。FFE定义为一个包含14个状态的摆动级别，一个包含25个状态(12个负状态，0,12个正状态)的前游标，以及一个包含33个状态(16个负状态，0,16个正状态)的后游标。IBIS-AMI建模方法基于为FFE状态集合收集spice电路模拟刺激/响应波形。
在邮政编码设置为11、预编码从0扫到12的典型情况下，收集到的波形示例如图4所示。刺激波形以具有NRZ信号的指定比特率和10个0和10个1的重复模式出现。
图4。收集NXP Tx电路波形
这些响应波形是在Tx芯片IBIS缓冲输出。从响应波形中去嵌入IBIS缓冲特征，得到AMI模型特征。AMI模型将波形转换为一组FFE分接增益、分接延迟和分接滤波，用于模拟中使用的特定比特率和采样率。
因此，组合的Tx AMI模型和Tx IBIS模型提供了与Tx电路黑匣子刺激/响应波形数据定义的相同的特性。
Silicon Creations Rx SerDes IP的框图如图5所示:
图5。Silicon Creations Rx电路设计
