插入損耗偏差或碼間干擾噪聲？

2021-07-19

插入損耗偏差或碼間干擾噪聲？

如果您單獨使用直通 S 參數，反射是否重要？直覺(jué)上，它們似乎無(wú)關(guān)緊要，因為它們不直接用于計算眼圖。 

但是，反射當然很重要！反射會(huì )導致信號完整性問(wèn)題，我想通過(guò)顯示傳輸參數、插入損耗 (IL)、反射參數和回波損耗 (RL) 之間的關(guān)系來(lái)開(kāi)始解釋是如何產(chǎn)生的。簡(jiǎn)而言之，RL 從 IL 中奪走了權力。例如，這里是平面波在邊界處的行為 [2]。

T 是傳輸系數（傳輸了多少功率），Γ 是反射系數（反射了多少功率）。

這個(gè)方程用功率和其他方程的系數表示，當方程轉換為電壓和S參數時(shí)，它看起來(lái)像這樣。

這個(gè)方程更有用，因為它可以直接應用于我們從測量或模擬中得到的 S 參數。這是繪制的方程。

這里的要點(diǎn)是反射會(huì )減少直通信號。

在繼續之前，我想談?wù)劜迦霌p耗 (IL) 和回波損耗 (RL) 的術(shù)語(yǔ)。由于這些術(shù)語(yǔ)包括“損失”一詞，因此當值為負時(shí)，這意味著(zhù)它們正在為系統增加功率。換句話(huà)說(shuō)，如果有負損失，結果就是收益。但是，傳輸參數圖通常稱(chēng)為插入損耗，因此顯示為負數。這已成為行業(yè)溝通的標準方式。因此，在本文中，我將效仿：插入損耗和回波損耗將為負值。 

這樣一來(lái)，一旦 RL 升至 -10 dB 以上，IL 就會(huì )顯著(zhù)降低，這在 S 參數中很容易看出。我正在使用 QUCS 通過(guò)對無(wú)損 Beatty 結構進(jìn)行建模[3]來(lái)輕松獲得一些反射 S 參數。Beatty 結構是由大的不連續性產(chǎn)生的串聯(lián)諧振器。此處，不連續性是具有不同阻抗的兩條其他傳輸線(xiàn)之間的傳輸線(xiàn)。

正如在 RL 與 IL 圖表中所觀(guān)察到的那樣，您可以看到，在 RL 跨越 -10 dB 的頻率處，IL 明顯更低。因此，也許我們可以通過(guò)觀(guān)察這些下降來(lái)確定反射如何影響系統。業(yè)界將這些下降稱(chēng)為插入損耗偏差 (ILD)。他觀(guān)察到移動(dòng)插入損耗遠離標稱(chēng)值，系統脈沖響應偏離標稱(chēng)值越大。 

要計算 ILD，請使用下面的一組方程來(lái)擬合插入損耗。

每個(gè)頻率系數都具有物理意義。假設直流損耗為零，平方根系數 (a1) 表示趨膚效應，而功率 1 和平方系數（a2 和 a4）表示介電損耗。此外，趨膚效應已被證明會(huì )影響除 DC 之外的所有術(shù)語(yǔ) [5]。因此，使用這些術(shù)語(yǔ)，您可以使用以下等式獲得非常適合插入損耗的系數。

最后，ILD 是測得的 IL 與擬合之間的差值。

當沒(méi)有反射時(shí)，ILD 很小，IL 匹配良好，ILD 如您所料，很小

當有反射時(shí)，情節看起來(lái)更糟。

這個(gè) ILD 圖可以有限制或掩碼，這為我們 SI 工程師提供了減少反射時(shí)的目標數量。此外，我們可以使用 FOM ILD 用一個(gè)數字來(lái)量化反射 [6]。

看來(lái)我們這里的工作已經(jīng)完成了，對吧？我們現在有一種方法可以單獨用插入損耗來(lái)量化反射，我們可以用一個(gè)數字來(lái)描述它們。好吧，也許我們現在可以收工了，但話(huà)說(shuō)回來(lái)，我們沒(méi)有檢查 FOM ILD 是否與 COM 相關(guān)。 

在 COM 中，與反射相關(guān)的噪聲是在采樣點(diǎn)的時(shí)間和我們感興趣的錯誤率中確定的。這個(gè)度量被稱(chēng)為 ISI 噪聲，這里是關(guān)于如何計算包含 ISI 噪聲的COM的原始建議。

ISI 噪聲是采樣點(diǎn)后一個(gè)直通內所有切片的總和。切片是距離脈沖響應采樣點(diǎn) nUI(s) 的點(diǎn)。其中“n”是 1 到無(wú)窮大，UI 是位寬或單位間隔，以秒為單位。脈沖響應是系統在注入一位數據后的時(shí)域響應。下圖有助于澄清這些陳述。

紅線(xiàn)是均衡前的脈沖響應——就我們的目的而言，它沒(méi)有意義，所以忽略它。藍線(xiàn)是均衡后的脈沖響應，這是用來(lái)量化通道質(zhì)量的數據集。藍色均衡脈沖響應頂部的綠色圓圈是采樣點(diǎn)。在 COM 中，有一個(gè)方程定義了這個(gè)點(diǎn)的位置。其他工具，如 Seasim 只是挑峰。就我個(gè)人而言，我喜歡只選擇高峰，但這既不在這里也不在那里。圓圈是切片。如果有一個(gè)非零水平的圓，它會(huì )給系統增加噪音。粉紅色圓圈（請原諒我對顏色的工程知識）是由 DFE 歸零的噪聲貢獻者。其余的黑色圓圈會(huì )增加 ISI 噪聲。在上圖中

即使我們只考慮用于 FOM 的方差，這也比 ILD 困難得多！因此，重要的是要確定果汁是否值得擠壓。首先要認識到的是公開(kāi)可用的 COM 代碼為您提供了這個(gè)數字，并且 COM 代碼是免費的且易于使用。其次，COM 是在數據速率和技術(shù)的背景下確定的。數據速率就是您發(fā)送比特的速度，而該技術(shù)與 SERDES 的質(zhì)量有關(guān)。 

對于這個(gè)實(shí)驗，我使用了來(lái)自 IEEE 802.3bj 的最新 COM 腳本并使用了 100GBASE-CR4 電子表格。由于我在 QUCS 中實(shí)現了無(wú)損傳輸線(xiàn)，因此我利用了 COM 在 CR4 設置中增加了傳輸線(xiàn)損耗的事實(shí)。 

COM 考慮了信號衰減的幾個(gè)來(lái)源。首先是SERDES包。SERDES 封裝有損耗和兩種反射：一種用于管芯 (Cd)，一種用于焊盤(pán) (Cp)。其次，COM 實(shí)現了與 SERDES 技術(shù)相關(guān)的固有噪聲。這些來(lái)源包括封裝串擾以及發(fā)射器保持電壓電平的能力。話(huà)雖如此，很容易看出即使您考慮沒(méi)有反射的無(wú)損傳輸線(xiàn)（這是第一個(gè)數據集），COM 也會(huì )有一個(gè)上限。 

我通過(guò)簡(jiǎn)單地使用第一個(gè) COM 場(chǎng)景來(lái)消除由墊引起的反射。在這種情況下，封裝被認為是 12 毫米。未使用的第二種方案的長(cháng)度為 30 毫米。來(lái)自 12mm 封裝的反射可以被 COM 腳本中實(shí)現的理想 DFE 完全抵消，而在第二個(gè)中，DFE 的長(cháng)度不足以減輕封裝反射。簡(jiǎn)而言之，包反射不是此分析中的變量。通過(guò)使用無(wú)損傳輸線(xiàn)，信號量保持恒定。最后，系統噪聲是一個(gè)常數，因為我對所有計算使用相同的 COM 腳本。唯一改變的是反射傳輸線(xiàn)阻抗。所以，這個(gè)設置很好地隔離了反射。 

我對上圖的印象是 COM 與 ILD 的趨勢不佳。這并不可怕，但它并沒(méi)有達到我愿意將我的職業(yè)生涯押在它上面的程度。所以你需要問(wèn)問(wèn)自己，ILD真的有效嗎？我與許多 OEM 談?wù)摿怂麄兊膬炔恐笜?，并?span> ILD 經(jīng)常出現。事實(shí)上，我認為該領(lǐng)域的大多數人仍然高度依賴(lài) ILD 作為傳輸線(xiàn)質(zhì)量的衡量標準。但是他們應該并且足夠了嗎？我認為在 100GBASE-CR4（和 KR4）的背景下，它可能是。但是，可能存在 ILD 不夠用的轉折點(diǎn)。此外，我當然不會(huì )相信限制組件的 ILD 規范，因為 COM 旨在用于整個(gè)通道而不是通道的一部分。如果 ILD 僅用于量化成分 

那么，結論是什么：ISI 還是 ILD？在我看來(lái)，ILD 是一個(gè)很好的嗅探測試。它非常容易計算，可以輕松地使用 excel 或免費編碼語(yǔ)言完成，并且可以很好地了解反射正在做什么。ISI 噪聲給出了正在發(fā)生的事情的真實(shí)情況，在這方面它總是比 ILD 好。話(huà)雖如此，我認為僅依靠 COM 腳本提供的 ISI 是不夠的。記住，我說(shuō)過(guò)采樣點(diǎn)是由一個(gè)方程選擇的。這并不意味著(zhù)所有 SERDES 都會(huì )選擇這一點(diǎn)。我認為要全面了解正在發(fā)生的事情，您需要掃描其中的幾個(gè)采樣點(diǎn)，看看您是否確實(shí)總是有一個(gè)通過(guò)的數字。如果你要依賴(lài)一個(gè)，我推薦 ISI。如果您在深入時(shí)域之前進(jìn)行掃描或需要快速檢查，ILD 很好。 

作為旁注，我在上面提到 COM 是免費的，我指的是對 MATLAB 的需求。對于一家價(jià)值數百萬(wàn)美元的公司來(lái)說(shuō)，MATLAB 的商業(yè)用途并不昂貴。然而，對于試圖從“男人”（相信我，我知道）之外賺錢(qián)的個(gè)人來(lái)說(shuō)，這是一項相當大的投資。如果 COM 在不久的將來(lái)被移植到 Python 或 Octave，對我們自由職業(yè)者來(lái)說(shuō)情況會(huì )好得多。