本帖最后由 edadoc 于 2024-10-23 09:37 编辑 ) B: L& I- K. v
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高速先生成员--黄刚 关于高速信号损耗要看哪个频点的问题,高速先生真的一年都要被咨询几十次!还是以我们比较熟悉的25G光模块信号为例子来开始我们今天这篇文章吧。下图是一个简单的25G光模块的pcb设计,从芯片到光模块连接器这一段链路,也就是我们高速先生常常称为host的光模块链路。 5 E& D8 V$ N8 M
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一些找我们仿真的客户也想了解下这种信号在PCB走线长度方面能允许的损耗值,由于高速先生都比较熟悉信号协议,就三下五除二脱口而出:12.5G是7.3dB。客户听完都会有这样的反应:等等,我说的是25G的信号哦,你告诉我12.5G干嘛? ' }3 i7 g: F; D7 O9 _/ \
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是的,高速先生还真没弄错,一般这个时候我们就会直接拿出协议给客户看。吶,就是这样子的咯:12.89GHz(64B/66B编码方式,会多一丢丢),7.3 dB! 
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; ?2 ?6 T d3 V& {, I咋就不是25GHz啦,变成了12.5GHz?真的有点难理解。没关系,高速先生今天争取把这个事说明白哈!首先,我们还是从理论来说,我们这里提到的25G和12.5G其实不是一个概念。25G是说这对差分信号的传输速率,单位是bps,也就是我们常说的比特率。而协议上12.5G指的是频率,单位是Hz。那么重点来了,25G信号的bps和12.5G的Hz之间有什么关系呢?我们先看下面这个高速串行链路的示意图: $ N: C* r/ ]& D- }5 c, T
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在上面这条典型的高速串行链路的示意图中,除了我们所关心的channel,当然离不开收发芯片模块。可能大家会觉得奇怪,为什么像DDR这种并行信号在数据传输时,时钟信号一起发送,也就是时钟信号会对数据信号进行采样,并且在原理图和PCB设计上都能看到实实在在的时钟信号的身影,例如和DQ信号一起等长的DQS信号。而高速信号就只是看到一大把的TX和RX信号呢? 7 i2 m( x8 e2 v& q6 T
* D' ]9 q5 u) D/ Z& g其实这只是表象哈,像DDR模块这种叫源同步时钟系统,也就是时钟在伴随着数据信号一起发送,所以我们肉眼可见。但是高速信号采用另外一种更隐蔽的模式,叫嵌入时钟。也就是说时钟信号内嵌在高速数据信号里通过高速channel一并收发了,没有单独的时钟信号线。它是怎么做到的呢?举个例子哈,例如PCIE信号,当然有很多TX和RX的高速链路,不知道大家有没有注意,其实还有一对参考的时钟。没错,就是100MHz的那对。在高速信号发送过程中,发送芯片里有一个叫PLL(锁相环)的模块,会采样100MHz的时钟后进行倍频,倍频到可以采样到高速信号的频率,然后时钟内嵌到数据通道中一起发送,到了接收端之后,又有一个新的模块叫CDR模块,中文名叫时钟恢复模块。它主要是负责从收到的数据信号中恢复出内嵌的时钟,并用恢复出来的时钟对数据信号进行采样识别。 & i* C2 N, h! Q' g8 p9 I* J1 ^
" y# t. P" `7 w& _' ^9 ?行吧,听不懂也不要紧,我们用一个具体的仿真链路给大家展开说说。 * G6 u: J5 j, M
8 f- m8 B" a. M4 S; M2 N |7 l一般我们做这种高速信号仿真只会关注接收端的波形或者眼图,例如上面经过特定损耗channel的25Gbps高速链路,我们看发送和接收端的波形分别是下面这样的: 
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2 l2 a9 H* Z1 \5 }受到衰减之后,接收信号就变得不那么完美了,这个是正常的现象。除了关心接收端信号之外,你们有看过接收端进行CDR模块恢复出来的时钟信号吗?把恢复出来的时钟信号和接收端的高速信号放在一块看,是这样子的: 
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! F! Z3 G/ w0 {在截取的这一串数据信号中,时钟信号通过上升和下降沿对数据信号进行采样。对于高速信号来说,每一位的“1”或者“0”的位宽的倒数就是我们的速率25Gbps。那问题来了,时钟信号的上升和下降沿都对数据进行采样,那么时钟频率是多少呢?也就显而易见了,12.5GHz,如下图计算也可以得到。所以我们高速先生也经常会说,25Gbps信号的基频是12.5GHz,也就是为什么我们看通道损耗的时候要用12.5GHz来约束的原因了。 
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还不懂?那高速先生再举一个更直观的仿真例子。就以上面25Gbps眼图仿真为例,下面是比较理想情况下的channel的损耗参数,在12.5GHz是3dB的损耗,按照线性度来说25GHz处应该就是6dB了。 . K* o$ {1 P* U' Y% Q! c( n& C
4 E( g l4 l. u5 Y5 x5 P5 ~0 N在发送端发送25Gbps的信号,在接收端看到的波形和眼图结果如下所示:眼高399mV,眼宽38.6ps。 
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那怎么证明我们是看12.5GHz-3dB的损耗,而不是看25GHz-6dB的损耗呢?很简单,我们另外做一个对比的通道参数,如下所示,我们让这个通道在12.5GHz位置还是3dB,但是过了12.5GHz后,立马变成30dB的超大衰减,在25GHz处也是30dB。 
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那如果25Gbps信号的损耗真的是要看到25GHz频点的话,30dB的衰减在眼图中估计你只能看到黑屏和雪花了。但是实际仿真却不是这样,你依然能得到还不错的眼图结果,如下所示,眼高341mV,眼宽27.4ps。眼高其实衰减得不多,主要是眼宽恶化很多,一方面说明了25Gbps的损耗肯定就不是看25GHz频点了,另外也证明了12.5GHz频点之后的损耗对眼宽影响是巨大的(1倍频之外主要影响上升沿)。 + o W9 @$ g- N/ `
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希望大家看完这篇文章之后,就不要老是要求看25GHz的损耗来了哈,如果硬是要把本来12.5GHz就可以保证的损耗变成了25GHz,那么你的走线长度就只能缩短一半,或者板材的等级要提升一倍,而且还要附加各种复杂的过孔工艺才能满足哦。然而这一切本来都是不需要的,是大家自己吓自己哈!
' o$ g1 R0 \6 p. p( u, P6 N问题:是不是所有高速信号协议的损耗都是看速率的一半频点呢,或者大家有没有因为这个误区做过的傻事呢?都可以说说哈!
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