与任何设计决策一样，选择背板设计方法需要在特定网络拓扑的价格、灵活性和性能方面进行权衡。本文分析了印刷电路板(PCB)背板与由连接电缆组件构成的背板对高速串行链路性能的影响，特别是在IEEE和OIF符合规范方面，并指出哪些类型的应用可能非常适合电缆或PCB背板。
我应该在我的系统设计中使用电缆还是PCB背板?就像大多数关于信号完整性的问题一样，答案是:视情况而定。在本文中，我们将仔细研究需要背板的应用程序在组件和系统级别上对信号完整性的影响，注意性能机会以及集成权衡和优势。
在BOM级别上，电缆背板可能比传统的PCB背板更昂贵。但是，在系统级别上，它可以通过在前端支持更早的软件开发和集成活动，并在后端降低总体拥有成本，从而提供显著的优势。例如，电缆背板可以为刀片与测试设备、软件开发平台和早期工程原型系统的接口提供灵活性，同时提供足够高的性能，以适应未来的生产解决方案。此外，与PCB路由相比，电缆组件改进的信道性能或覆盖范围在某些情况下可用于增加网络跨度和物理到达更多节点。
图1显示几种常见网络拓扑的物理映射。在图右侧机架/机箱中所示的星形拓扑的情况下，节点或刀片可以是具有相同连接器的相同设计，而不管它是否具有电缆或PCB背板。因此，有可能今天设计PCB背板，然后迁移到更高速度的电缆背板，或者今天设计电缆背板以实现额外的余量。这将允许以后在机箱中插入新的刀片和开关，实现实质性的设计和系统重用。当用作敏捷系统集成的开/关匝道和潜在的产品生命周期延长器时，电缆背板方法提供的上行机会可以大大超过组件成本的差异。
在简单的环形、网状和星形拓扑结构(图1)的情况下，使用电缆背板可能允许节点以增加的叶片或模块间距进行填充(随着组件功率密度的增加，可以容纳热设计空间，或者可能放置在相邻的机架或机箱中)。根据与开关的距离，当PCB损耗变得有限时，可以很容易地迁移到电缆背板。
在具有更多段交叉的更复杂的网络拓扑中，电缆背板方法可能会遇到缩放问题，使PCB路由方法更具吸引力。此外，基于pcb的背板可以为与其他基础设施的协同设计提供优势，例如电源传输和带外低速信号。
底板的性能
在性能方面，PCB和电缆背板都可以在较短的通道链路上提供出色的性能，而电缆背板也可以在较长的通道链路上实现出色的信号速度。电缆背板可以这样做的一个原因是走线不通过PCB，所以每个差动对可以通过单独的屏蔽电缆。与PCB通道相比，这可以导致更少的损耗和更好的信号完整性。
图2显示了PCB背板拓扑和电缆背板拓扑的模型，使用相同的BOM(参见表1)，除了电缆和PCB背板。两种拓扑结构之间的显著区别是PCB背板(G)和电缆背板(G’)之间的单位英寸损耗。在该模型中，在26.56 GHz (IEEE 802.3ck 400GBASE-KR4信令频率)下，G的损耗设计为1.0 dB/ In。， G '的损耗为0.25dB/in。1当然，在电缆背板模型中也没有PCB背板连接器通孔和爆发区域，这些区域可能是通道中显著信号完整性退化的区域。2
图3显示了在图2中描述的拓扑之间建模和模拟的插入损失，每种类型的拓扑有两种不同的长度选项。显著的变化是粉色走线(PCB背板2和16英寸)之间的损耗，其中16英寸的损耗最大。PCB背板通道仍然提供大约6 dB的插入损耗余量。但这就足够了吗?回答这个问题需要执行系统级通道分析。
系统级通道分析
当绘制8个通道时，使用通道运营裕度(COM)根据PAM4需求评估系统级损失，事情就不那么安全了(参见
图4)．更高的数据限制，如CEI-112G-LR-PAM4
3.和IEEE 802.3 400GBASE-KR4，
4导致系统层面的利润损失，特别是在设计成本效益系统时。
在这个800 GbE端口模型中，每个通道充当受害者，而其他7个通道充当近端传输攻击者。图4中，绿色点为CEI-112G-LR-PAM4，橙色点为IEEE 802.3 400GBASE-KR4;左图三为电缆背板(G’)，右图三为PCB背板(G)。
我们期望在更高的数据速率下有更少的边际，这在这张图中得到了支持。注意4英寸。电缆背板的性能与2英寸非常相似。PCB背板。电缆背板在所有三种长度(4、10和18英寸)上都表现出相似的COM性能，而PCB背板超过了SERDES在8英寸后补偿损耗、反射和串扰的能力。背板路由长度。此外，对于8和16英寸。PCB背板，注意100G和112G速度之间的delta, COM结果中的分离变得更加明显。16英寸的。背板在112G PAM4时，该系统有一个负COM，尽管相对于OIF-CEI-112-LR插入损耗限制线有显著的边际。
在过去，图3所示的6 dB余量对于设计人员来说是一个很好的停止开发和分析的地方，因为他们相信，与之相比，未解释的误差项会很小。对于112G及更高，情况不再如此，信道必须在系统级别上评估真正的端到端多车道效应，包括互连的所有重要区域开云体育官网登录平台网址。连接器系统提供了板对板和电缆对板互连的选择，可用于导航设计贸易空间，并为早期集成和长期维护提供了重要机会。
参考文献
1.Samtec Twinax产品数据，Web: https://www.samtec.com/s2s/systemoptimization/twinax-flyovers/。
2.B. Simonvich，“控制背板中PCB边缘的电磁发射”，信号完整性日志， 2017年1月，网站://www.lambexpress.com/articles/292。
3.光互联论坛，“通用电气I/O (CEI) - 6G+ bps, 11G+ bps, 25G+ bps, 56G+ bps和112G+ bps I/O的电气和抖动互操作性协议”，实施协议OIF-CEI-05.0, 2022年5月，第582-597页。网站:https://www.oiforum.com/wp-content/uploads/OIF-CEI-5.0.pdf。
4.IEEE 802.3ck工作组，Web: https://www.ieee802.org/3/ck/index.html。
