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TechnicalFeature  技术特写


             电长度与机械长度的关系如下式：                                               表1   光收发器
                                           (3)
                 该式考虑了电介质材料的介电常                   封装形式        数据速率(Gbps)                    线速率
             数，因此也就考虑到了信号必须穿透电                     QSFP+           40                       4 x 10G
             介质材料的有效相位长度。除物理长度                      CFP          40, 100              10 × 10G or 4 × 25G
             之外，电长度的变化可能源于温度变                      CFP2          40, 100        10 × 10G, 4 × 25G, 8 × 25G or 8×50G
             化、频率以及机械应力（例如弯曲、振                     CFP4          40, 100             4 × 10G or 4 × 25G Lanes
             动）。相位稳定的同轴电缆通常采用宽                    QSFP28          100                      4 x 25-28G
             温度条件或特种电介质制造。这些电
             缆，在使用多条同轴线从一个共同的信                     CDFP           400                      16 x 25G
             号源馈送多个信号或者从分散的多个源                     CFP8           400        16 × 25G Lanes or 8 × 50G Lanes or 4 x 100G
             搜集多个信号的系统中，尤为重要。一                     uQSFP         100,200            4 x 25 (NRZ), 4 x 50 (PAM4)
             个很好的例子是相控阵系统，其中要利                    QSFP-DD        200,400          16 × 25G Lanes or 8 × 50G Lanes
             用预定的相移来产生信号的相加和相消
             干涉。                               ps以下的高延迟匹配精度。这些材料可                    数字逻辑的进步能够支持不断提高的开
                 时间偏移考虑了两个或更多的信号               能不是相位稳定的，并且物理长度可能                     关速率，UI变得越来越小。例如，一个
             路径，并且被定义为信号路径之间的时                 不是“相同的”。VOP同为74％的两根                   12.5 Gbps的时钟频率对应于80 ps的UI
             延（也称为传输延迟）之差。一对同轴                 电缆，长度相差1 mm就相当于两线之间                   （或位长），一个50 Gbps的时钟频率则
             电缆的时间偏移匹配，包含了它们的相                 有约5 ps的传输延迟之差，如下所示：                   对应于20 ps的UI。在一个差分时间偏移
             位匹配，以控制时延。对于时间偏移匹                                               (4)     较高的测试系统中，难以辨别诸如抖动
             配的电缆，相位稳定是非常重要的，这                                                       的相关性能指标。在高数据速率的应用
             样才能在弯曲和温度变化时可靠地保持                     如此条件下，同轴电缆的电延迟不                   中尤为如此，其中上升时间与下降时间
             小的时间偏移。通常，一个同轴电缆对                 仅取决于传输线的切割长度，还取决于                     的失准会得到张开小得多的眼图。在更
             之间的时间偏移正比例于通道-通道的                 其连接器的连接精度。                            宽的带宽上进行电磁分析变得重要，因
             延迟匹配，通常在皮秒量级。VOP也是                                                      为示波器等设备通常需要捕获高达五阶
             一个在电缆中测得的值，理想情况下，                 为什么需要皮秒级的精度                           谐波才能在时域中精确地重建信号。对
             无论电缆是否有匹配的物理长度或相位                     并行总线架构已足以胜任以中等数                   于一个28 Gbps的数据链路，需要在DC
             角，两根电缆的值是相同的。                     据速率传输数据了。然而在更高数据速                     到40-50 GHz之间的带宽进行分析。随
                                               率（即Gbps）时，这些结构变得不那么                   着CMOS技术的演进得以支持更快的开
             时间偏移匹配同轴电缆结构                      经济了，因为设计师必须增加信号线的                     关，为了能够在更宽的带宽上测试而避
                 如前所述，延迟匹配的同轴电缆本               数量或提高时钟的频率。提高并行总线                     免额外的数据相关的抖动，使时间偏移
             质上必须是相位匹配的，并且各自是相位                的宽度或增加线数会增加系统组件的尺                     最小化开始变得益发重要。
             稳定的，从而能够在频率、温度变化或弯                寸：I/O单元、引脚及其各自的互连线。                      对于以太网，当前的40G及更高的
             曲的情况下始终保持皮秒级的延迟匹配。                提高时钟频率是不可行的，因为所有的                     迭代并不包括SerDes功能；它们采用并
             由于横截面面积的变化——外导体的弯曲                传输数据需要同时到达接收机。尽管可                     行、多通道的架构。并行通道的对齐是
             半径要大于内导体，弯曲时的相位变化不                以在短距离的情况下实现这一点（提高                     通过一个带状函数实现的。接收机物理
             能被完全消除。内导体几何形状的这些微                时钟频率），但随着距离的增加，串                      编码子层利用对准标记执行时间偏移补
             小不一致，改变了电长度。如前面的那些                扰、电感和电容性噪声耦合、以及并行                     偿，以重新组装40G和更高的聚合数据
             公式所示，时延与机械长度和介电常数成                数据时间偏移将变得难以应付。因此，                     流。理论上，任何通道都可用于时钟恢
             正比，因此一根相位稳定的同轴电缆必然                VLSI/LSI应用中的高速串行总线通常使                 复。如表1所示，40G、100G和400G的
             同时具有机械和温度的稳定性。尽管有弯                用串行器/解串器（SerDes）电路。实际                 光收发机有4-16个通道，每个通道提供
             曲，屏蔽层和电介质都需要有极大的柔性                上，将一个时钟与传输数据同步比同步                     10-50 Gbps的速率。每个通道之间的同
             以保持机械稳定性。电缆束缚等看似不错                多线上的数据更简单。                            步性的微小偏移，最终会降低波形的质
             的解决方案，可以防止电缆弯曲以免引起                    因此，将串行数据流与时钟同步                    量，因此益发需要使用多通道测试设备
             电长度的不一致变化和大于预期的延迟                 至关重要，称之为时钟和数据恢复。差                     来测量诸如误码率和抖动之类的参数，
             （见图2）。                            分接收机输出端上的脉冲波形需要保持                     并获得增加最小时间偏移的传输介质。
                 由于内、外导体的热膨胀系数（表               原始脉冲信号的高定时分辨率，与波形
             征材料随温度的伸/缩）不同，电长度的                的上升沿和下降沿对齐。任何系统中，                     结论
             变化将必然发生。用于内导体和屏蔽层                 始终存在由发射机引起的固有抖动，使                        差分信号通信日渐增长的应用呼唤
             的金属材料将随温度伸/缩，引起电长度                得辨别抖动来自于PCB还是链路（即电                    时间偏移小于1 ps的可靠、延迟匹配的
             的变化。这通常可以被诸如膨胀(微孔)                缆）益发重要。                               传输线。采用同轴组件作为介质时，电
             的聚四氟乙烯（ePTFE）的电介质芯层                   嵌入的时钟有一个与单位间隔                     缆必须非常接近于同一物理长度并且由
             所补偿掉，ePTFE的介电常数会随着温               （UI）成反比的频率，定义为一个脉冲                    相同的材料构成，以确保严格的时间偏
             度的升高而降低。这就减少了温度变化                 的持续时间，并测得是在皮秒量级。眼                     移精度。一个测试系统中的时间偏移会
             时的相位变化。由于这些微妙的原因，                 图是理解一个差分信号的抖动的有用工                     制约一个差分信号的接收，增加诸如数
             只是购买两根有相同物理长度、材料的                 具，因为眼图用嵌入的时钟或一个重建                     据相关抖动的确定性抖动，并导致接收
             同轴电缆现货产品，并不能保证得到5                 的时钟显示了来自多个UI的波形。随着                    数据中的错误。■

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