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向更高数据速率的发展对实际SerDes通道的设计提出了越来越高的要求。开云体育官网登录平台网址对于112 Gbps PAM4信号，PCB必须针对损耗、反射、串扰和电源完整性进行优化。这对于透明显示硅[1]性能的硅评估板尤其如此，同时为客户提供对通道加载决策的最大控制。这种设计的特点是I/O计数有限，路由长度短，配合最小的PCB互连和射频电缆解决方案，如Samtec的公牛眼高性能测试系统(图1)[2]。
作者为我们的合作伙伴Alphawave设计了一个硅评估板(图2)，其28ghz时的损耗目标(TX通道)为3db，包括封装、PCB和6英寸BE70A电缆。尽管插入损耗(IL)预算很紧，但我们希望使用具有成本效益的PCB材料，以证明实际可行性。我们选择了一个带有Itera MT-40电介质和VLP铜的10层堆叠，其中包括四个路由层，其中只有两个是当前评估拓扑所需要的。这是一个激进的成本点，对通过分断优化和四个独立的BGA器件导轨的清洁电力分配提出了挑战。
一个关键的设计选择是将公牛眼块放置在PCB的底部，以便更靠近设备封装。这消除了与安装孔的保护冲突，并导致TX通道的PCB网长度低于16mm，每个通道馈送附加的6“压缩安装的同轴电缆。开云体育官网登录平台网址
总体拓扑确定后，封装和PCB互连在迭代设计周期中建模，以优化损耗、反射和串扰的信号完整性，使用ERL(有效回波损耗)[3,4]作为主要设计指标。
图1:封装+ PCB联合仿真的简化模型
有源电源组件被放置在远离BGA负载的地方，以提供灵活的配置(例如，使用实验室电源而不是板载调节)。这使得权力分配变得更加困难。考虑到这一点，我们选择了使用级联线性稳压器的安静电源拓扑。
我们模拟了旁路电容的选择和放置，以确保良好的稳压器稳定性和足够低的阻抗，以最小化负载硅电源噪声。IR下降是一个紧迫的问题。最小层数阻止了堆叠中足够的电源/接地层来支持四个完全隔离的电源填充。此外，这些轨道的紧密间隔BGA球需要在可能的情况下分布在几个堆叠层上。为了解决这个问题，我们进行了迭代分析，以优化每个引脚的电流密度。
图2:公牛眼安装在测试芯片对面的供电评估板
虽然最终的评估平台显示出出色的误码率结果(图3)，但由于封装铜损耗高于预期，以及回流的0.6 mm焊料球的显著影响，我们没有完全达到3db的总通道目标。图4显示了封装、PCB和电缆组件的相对IL贡献。设计人员感兴趣的是公牛眼BE70A系列的性能，它在28 GHz下的6英寸电缆范围内的损耗远低于1 dB。
图3:106.25 Gbps PAM4 Tx测量眼图4:通道IL击穿
本文是DesignCon 2021论文《112 Gbps-PAM4硅和连接器测试平台开发的案例研究》的预览，该论文计划于2021年8月17日上午11:10发表。
引用:
[1]https://www.awaveip.com/en/products/connectivity-ip-cores/alphacore-lr-mss/