高速数字(HSD)发送(Tx)和接收(Rx)电路必须由信号完整性工程师根据IBIS标准转换为IBIS- ami模型，以便在SerDes信道模拟器中使用，以评估其系统裕度。通常情况下，市场上的各种商业频道模拟器每年租赁或拥有的费用为数千美元。现代SerDes通道仿真技术和SerDes Tx/Rx建模过程已经成熟，因此两者都可以在SerDesDesign.com上免费使用基于云的工具。这些工具为信号完整性工程师提供了低成本(零成本)的建模和模拟SerDes系统、自定义建模Tx/Rx设计、使用现有IBIS-AMI模型，以及将自定义Tx/Rx设计转换为IBIS-AMI模型的途径。
本文首先概述了在通道模拟器中对SerDes系统进行建模，介绍了SerDesDesign.com上提供的零成本工具，然后给出了使用Tx和Rx IBIS-AMI模型模拟SerDes系统的示例。
通道模拟器中的Serdes系统建模
根据IBIS开放论坛标准(目前为7.1版)，在通道模拟器中使用SerDes通道和IBIS- ami模型来表示SerDes系统。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所示。通道模拟器中的典型SerDes系统表示
此框图对于任何通道模拟器都是通用的，但是每个工具都有其特定的方式来表示此框图。本文进一步引用了该图。
该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前馈均衡器(FFE)形式的Tx均衡器，该均衡器具有差分IBIS缓冲区输出到通道。
- IBIS缓冲区可以是一个可选的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，可以使用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)以及决策反馈均衡器(DFE)，并具有来自信道的差分IBIS缓冲输入。
- IBIS缓冲区可以是一个可选的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中位于TX AMI部分和RX AMI部分之间的绿色区域(总通道))是线性且时不变的(LTI)。作为LTI系统，SerDes系统中的整个差分模拟部分由其单端脉冲响应精确表示。这一关键概念使通道模拟器能够实现其快速的仿真速度。
零成本信道模拟器
市场上有许多流行的信道模拟器(CS)。它们为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，以了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，或者需要与公司的其他人共享访问他们的工具。
当SI工程师需要在给定的总通道下评估各种测试条件下的Tx/Rx IBIS-AMI模型时，有一个零成本的选择可用:基于云的SerDesDesign.com CS。
SerDes系统CS可用在这里．
SerDesDesign.com还支持中继器系统，包括光学中继器系统。用户需要在网站上免费注册才能使用这些工具。
SerDesign.com CS支持:
- NRZ和PAM-4信令。
- fe和CTLEs的Tx/Rx参数化行为模型。
- 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极端案例:典型、最小、最大。
- AMI极端情况:典型、慢、快。
- 使用s参数表示Tx IBIS缓冲器、Tx包(Tx Pkg)、通道、Rx包(Rx Pkg)、Rx IBIS缓冲器。
- 信道仿真统计模式。
- 通道模拟逐位模式(支持100e9位/符号)。
- 信道仿真速度增强使用多个并行处理器。
- 显示眼密度图、误码率图(时间和幅度浴缸误码率图)、误码率外推、误码率等高线、时间和幅度PDF图以及各种眼睛指标。
- 专用的远程服务器分配给用户访问和模拟。
SerDesDesign.com CS已经使用了五年多的时间来建模SerDes系统，并为40多家高速SerDes半导体公司创建自定义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。
示例PAM4 Serdes系统使用行为模型
本节讨论的SerDes系统是基于在SerDesDesign工具中配置的行为Tx/Rx模型。这些模型使用12.5 GBaud的PAM4信令。
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最佳的睁开眼睛。Tx模型具有与之相关的可选抖动。
Rx行为模型包含一个CTLE、一个CDR和一个DFE。CTLE有64个状态，每个状态用电路时域波形数据定义。CDR具有参数化特征，包括观察到的抖动传递函数(OJTF)角频率。OJTF被定义为使用锁相环生成参考时钟来检测接收到的数据位的系统的相位响应。OJTF具有高通频率响应。在OJTF角频率(Fc)以下，输入抖动被跟踪，因此在系统的输出处无法观察到。DFE有水龙头，可以自动和连续适应，以实现最佳输出睁眼。Rx模型具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，这些总通道块中的每一个都用s参数文件表示。在Nyquist (6.25 GHz)下，总信道中间的信道损耗为16 dB。
采用PAM4数据格式，12.5 GBaud，每个符号32个样本，100,000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之前选择最优的Tx和Rx状态。这些最佳设置显示在SerDes.com消息窗口中。
一旦成功地建立了SerDes系统通道仿真，就可以运行许多仿真来评估各种状态下的Tx/Rx模型。经过多次成功的仿真，验证了SerDes系统能够满足要求。Tx/Rx行为模型可以选择性地转换为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;SerDesDesign.com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%是开着的。时间瀑布的BER图被放大到0.5 UI的中心，以便更好地看到曲线。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)以及外推的误码率数据(下降到10^-16)。将这两个误码率数据放在一起，可以显示外推误码率与原始误码率的跟踪程度。
上述SerDes系统示例的设置和使用在SerDesDesign.com网站上有文档Example_PAM4_SerDes．
以上测试用例只是SerDesDesign.com提供的全功能Tx/Rx行为建模和通道仿真功能的一个示例。
使用TX/Rx IBIS-AMI模型的NRZ服务器系统示例
本节中讨论的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NRZ信号，比特率从1 Gbps到28 Gbps。本文讨论的比特率为25gbps，使用SerDes.com CS。
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抽头FFE，电路包括信号路径和控制路径，带有多个滤波器，抽头增益，面向通道的片上阻抗结构，并且在设计中固有的是分布式非线性。电路有三种极端情况:典型、慢速和快速。
为了创建具有三个角落情况的Tx电路的行为模型，将Tx电路视为捕获刺激/响应波形的黑盒子，从中可以提取电路模型。Tx输出IBIS缓冲器包括芯片片上阻抗，并使用s参数定义每个角情况。FFE定义了一个包含14个状态的摆动水平，一个包含25个状态的前光标(12个负状态，0,12个正状态)，以及一个包含33个状态(16个负状态，0,16个正状态)的后光标。IBIS-AMI建模方法是基于收集spice电路模拟的一组FFE状态的刺激/响应波形。
图4显示了为邮政编码设置为11并从0扫描到12的前码收集的典型角落情况的波形示例。刺激波形在一个定义的比特率与NRZ信号和10个0和10个1的重复模式。
图4。NXP Tx电路波形采集
这些响应波形在Tx芯片IBIS缓冲区输出。从响应波形中去嵌IBIS缓冲特性，得到AMI模型特性。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，Tx AMI模型和Tx IBIS模型的组合提供了与Tx电路黑箱刺激/响应波形数据定义的相同特性。
Silicon Creations Rx SerDes IP的框图如图5所示:
图5。Silicon Creations Rx电路设计
