高速数字(HSD)发射(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的租赁或拥有费用为数千美元。现代SerDes通道模拟技术和SerDes Tx/Rx建模过程已经成熟，因此可以通过SerDesDesign.com上的基于云的工具免费获得。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模型的路径。
本文首先给出了在信道模拟器中建模SerDes系统的概述，介绍了SerDesDesign.com上可用的零成本工具，然后给出了一个用Tx和Rx IBIS-AMI模型模拟SerDes系统的示例。
在信道模拟器中建模Serdes系统
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显示了使用通道模拟器模拟的典型SerDes系统框图。
图1所示。信道模拟器中的典型SerDes系统表示
这个框图对于任何通道模拟器都是通用的，但是每个工具都有其特定的方式来表示这个框图。这张图在本文中被进一步引用。
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，通常以前馈均衡器(FFE)的形式，并将差分IBIS缓冲区输出到通道。
- 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):
- 这些部分代表差分通道。
- 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)和决策反馈均衡器(DFE)，以及来自信道的差分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)。作为一个LTI系统，SerDes系统中的整个微分模拟部分可以用它的单端脉冲响应精确地表示。这一关键概念使信道模拟器能够实现快速的仿真速度。
零成本通道模拟器
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，或者需要与公司中的其他人共享对他们工具的访问权限。
当SI工程师需要在给定的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:基于云的SerDesDesign.com web CS。
已获取SerDes系统CS在这里．
SerDesDesign.com还支持包括光学中继器系统在内的中继器系统。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信号。
- Tx/Rx参数化了ffe和cles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型号(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，最小值，最大值。
- AMI的极端情况:典型、慢、快。
- 使用s参数表示Tx IBIS缓冲区，Tx包(Tx Pkg)，通道，Rx包(Rx Pkg)， Rx IBIS缓冲区。
- 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。
- 显示结果眼密度图，误码率图(定时和振幅浴盆误码率图)，误码率外推，误码率等高线，定时和振幅PDF图，以及各种眼睛指标。
- 为用户访问和模拟分配专用远程服务器。
SerDesDesign.com CS已被用于SerDes系统建模超过五年，并为超过40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。
使用行为模型的PAM4 Serdes系统示例
本节中讨论的SerDes系统基于SerDesDesign工具中配置的行为Tx/Rx模型。该模型与PAM4信令在12.5 GBaud使用。
Tx行为模型是一个FFE，可以在模型初始化期间自动设置为最佳的开眼状态。Tx模型具有与之相关的可选抖动。
Rx行为模型包含CTLE、CDR和DFE。CTLE具有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，包括观测到的抖动传递函数(OJTF)角频率。OJTF定义[6]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正在接收的数据位。OJTF具有高通频响应。在OJTF角频率(Fc)以下，输入抖动被跟踪，因此在系统的输出中没有观察到。DFE有水龙头，可以自动和连续适应，以实现最佳的输出大眼。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。总信道中间的信道在奈奎斯特(6.25 GHz)频率下有16db的损耗。
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中建立了SerDes系统。在模拟过程中，Tx和Rx模型初始化过程在Rx DFE之前选择最佳开眼的Tx和Rx状态。这些最佳设置显示在SerDes.com消息窗口中。
一旦SerDes系统通道模拟成功设置，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行为模型可以选择性地转换为IBIS-AMI模型。
图2显示了测试用例1:PAM-4与Tx/Rx IBIS-AMI模型和总通道的结果。
图2。测试用例1:PAM4;Tx +通道+ Rx;SerDesDesign.com眼密度图(左)和时序瀑布误码率图(右)
可以看到，中间的眼睛大约睁开66%。定时瀑布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)以及外推的误码率数据(下降到10^-16)。将两个误码率数据绘制在一起可以显示外推的误码率如何跟踪原始误码率。
上面SerDes系统示例的设置和使用在SerDesDesign.com网站上有文档Example_PAM4_SerDes．
上面的测试用例只是SerDesDesign.com上提供的全功能Tx/Rx行为建模和通道模拟功能的一个示例。
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。为了在本文中进行讨论，比特率为25 Gbps，并使用SerDes.com CS。
NXP Tx SerDes IP的框图如图3所示:
图3。NXP Tx电路设计
该方框图代表了一个3-tap FFE电路，电路包括一个信号路径和具有多个滤波器的控制路径，丝锥增益，面向通道的模上阻抗结构，设计中固有的是分布式非线性。该电路有三种极端情况:典型、慢速和快速。
为了为这个有三个角落的Tx电路创建一个行为模型，Tx电路被视为一个带有刺激/响应波形的黑匣子，可以从中提取电路模型。Tx输出IBIS缓冲器包括芯片上的芯片阻抗，并使用s参数为每个角情况定义。FFE定义为每个角情况下的14个状态的摆动水平，25个状态的前游标(12个负，0,12个正)和33个状态的后游标(16个负，0,16个正)。IBIS-AMI建模方法是基于收集spice电路模拟刺激/响应波形为一组定义的FFE状态。
图4显示了邮政编码设置为11，预码从0扫到12的典型角落情况下收集的波形示例。刺激波形具有NRZ信号的定义比特率和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缓冲器输出。从响应波形中去嵌入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，结合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特征。
Silicon Creations Rx SerDes IP的框图如图5所示:
图5。硅创Rx电路设计
