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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合规性规范方面，并指出了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或PCB背板吗?与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的信号完整性影响，注意性能机会以及集成权衡和优势。
在BOM级别，电缆背板可能比传统PCB背板更昂贵。但是，在系统级别上，它可以通过支持前端的早期软件开发和集成活动以及在后端较低的总体拥有成本来提供显著的优势。例如，电缆背板可以灵活地将刀片与测试设备、软件开发平台和早期工程原型系统连接起来，同时为未来的生产解决方案提供足够高的性能。此外，与PCB路由相比，电缆组件改进的通道性能或覆盖范围在某些情况下可用于增加网络跨度并物理地覆盖更多节点。
图1显示几种常见网络拓扑的物理映射。在图中右侧机架/机箱所示的星形拓扑中，节点或刀片可以采用相同的设计，使用相同的连接器，而不考虑其是否有电缆或PCB背板。因此，可以在今天设计PCB背板，然后再迁移到更高速度的电缆背板，或者在今天设计电缆背板以获得额外的余量。这将允许稍后在机箱中插入新的刀片和交换机，从而实现实质性的设计和系统重用。当作为敏捷系统集成的开/停匝道和潜在的产品生命周期延长器使用时，电缆背板方法提供的优势机会远远超过组件成本的差异。
在简单的环形、网状和星形拓扑(图1)的情况下，使用电缆背板可能允许节点以更大的叶片或模块间距填充(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)。根据与交换机的距离，当PCB损耗变得有限时，迁移到电缆背板可以很容易。
在更复杂的网络拓扑中，有更多的分段交叉，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(如电源传输和带外低速信号)的协同设计提供优势。
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提供出色的信号速度。电缆背板可以这样做的一个原因是走线没有穿过PCB，所以每个差分对都可以穿过单独的屏蔽电缆。与PCB通道相比，这可以减少损耗并提高信号完整性。
图2显示了PCB背板拓扑与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的损耗被设计为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背板连接器过孔和爆发区域，这些区域可能是通道中信号完整性显著降低的区域。2
图3图2显示了拓扑之间建模和模拟的插入损耗，每种拓扑类型都有两个不同的长度选项。显著的变化是粉色走线(PCB背板2和16英寸)之间的损耗，16英寸的损耗最大。PCB背板通道仍然提供大约6db的插入损耗余量。但这就足够了吗?回答这个问题需要进行系统级信道分析。
系统级信道分析
当绘制8个通道时，使用通道操作裕度(COM)根据PAM4要求评估系统级损失，事情感觉不太安全(参见
图4)。更高的数据限制，如CEI-112G-LR-PAM4
3.IEEE 802.3 400GBASE-KR4;
4导致在系统层面上的利润损失，特别是在设计成本效益的系统时。
在这个800 GbE端口的模型中，每个通道充当受害者，而其他七个通道充当近端传输攻击者。图4中绿色点为IEEE - 112g - lr - pam4，橙色点为IEEE 802.3 400GBASE-KR4;左边的三个图为电缆背板(G’)，右边的三个图为PCB背板(G)。
我们期望数据速率越高，余量越少，这在图中得到了支持。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)上表现出相似的COM性能，而PCB背板超过了SERDES补偿损耗、反射和8英寸后串扰的能力。背板路由长度。此外，对于8英寸和16英寸。PCB背板，请注意100G和112G速度之间的增量，COM结果中的分离变得更加明显。对于16英寸的。尽管相对于OIF-CEI-112-LR插入损耗限制线有很大的余量，但该系统的背板在112G PAM4时具有负COM。
在过去，图3中所示的6 dB余量对于设计人员停止开发和分析来说是一个舒适的地方，因为他们相信，与之相比，未考虑的误差项会很小。对于112G及更高级别，情况就不同了，信道必须在系统级以真正的端到端多通道效果进行评估，包括所有重要的互开云体育官网登录平台网址连区域。连接器系统提供板对板和电缆对板互连的选择，可用于导航设计贸易空间，并为早期集成和更长的维护提供重要机会。
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”，信号完整性期刊， 2017年1月，网址://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，页582-597。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。
