从高速PCB设计仿真来看10GE光模块的协议

edadoc

8 c$ V8 E& R) j/ u1 y0 v

高速先生成员--周伟

上期的文章聊聊1.6T光模块的仿真中做了本期的预告，本期文章开始我们主要聊一下光模块相关的协议，以及怎么从协议里找到我们关心的具体指标。闲话少说，直接上干货。

我们在光模块分类这篇文章中提到了有很多种光模块，因此也对应了很多种不同的协议，但为了不让大家太迷惑，我们特意收缩下范围，计划主要集中讲我们常用的几个协议，所以目前来看我们主要有10Gbps、25/28Gbps、56G-PAM4和112G-PAM对应的协议。接下来我们就针对性的来说说这几种信号的协议吧。

针对10Gbps的光口，我们主要的信号就是SFP+、XFP等，参考的协议主要有SFF8431、10GBase-R和Fiber Channel（10GFC）等，不管是哪个协议基本上都是定义了系统的要求，也就是Host和Module一起。一般10GE光口我们参考SFF8431的协议会比较多，下面就以这个协议来举例说明。在这个协议里面，我们基本没有看到直接有对模块本身的插损要求，只有分段回损要求，另外10G光口的测试上也是结合MCB和HCB来一起看的，大致如下图所示。

" X: H/ Z/ _  H2 L% X" N
% {4 a) Z. \4 }9 A& O

基本上按照3种不同的段来进行分段指标要求，一个是Host+HCB的指标，此时是看B和C点的指标要求，其中B点为Host经过HCB输出的端口，这个点对应光模块的B’，也就是从MCB进入模块的端口；C点为进入HCB到Host主板这个点的端口，同时也对应光模块测试点的C’,从光模块的输出到MCB的端口；还有就是A、D两个测试端口，主要是用来测试ASIC/SerDes主芯片的，当然也包含了一部分测试夹具的线路，这个主要是针对芯片本身的要求，我们在板级就不怎么关注。几种不同的测试环境示意图如下所示。

' w* I# k0 E4 q! |" h
0 C, Y. c$ D/ \2 u, I- q- ^

搞清楚了大致的框架，接下来我们来看看电气的一些要求和指标。

对于10GE光口的插损要求，协议上的定义比较模糊（相对于25Gbps光口来说），尤其是对于光模块的要求没有特别定义，只定义了回损要求，整个通道的传输损耗指标是9dB，包含主板Host，连接器和HCB的损耗，也就是从主芯片到B和C端口的损耗要求最大是9dB@5.5GHz。如下表格所示。

4 T, l! [5 ]3 i% o/ Y! f( h
7 M+ G* I& D7 Y1 x

我们通常就用下面这个插损Mask来定义Host端的损耗要求，7GHz的时候最大损耗为8dB；

4 n. O3 i5 V; N' a
4 t# ~' r9 n* S/ {( X) E; A

针对Host板的要求比较多，比如走线长度和对应的插损，回损等都有，如下是对应的走线长度要求，这个表格大家应该见得比较多，可以作为线长的参考，也就是普通FR4带状线走6inch线长，微带线走8inch线长就是出自这里（这只是一个参考线长）。

/ U# Y7 o& L. F8 E6 y% q+ X/ }; H

接下来就是B、C、B’和C’端口处的分段指标要求了，这几个端口的指标主要是回损和眼图的要求，而没有插损的指标要求，这个也是我们进行测试的一个参考，其中包含了MCB和HCB在内。

: S4 I) F) V: v1 F; D- R
6 O) `: z% y$ K

Host输出到HCB的端口B处的无源指标，主要是回损和模态的要求。

/ \* o9 c5 N+ K3 \' \! V

Host输出到HCB的端口B处的有源指标，主要是有源眼图和Jitter的要求。

4 ^4 P7 O3 l1 i3 h% g- K
1 P3 P; X- W/ D5 _& @

从HCB的端口C处输入到Host接收的无源指标，主要是回损和模态的要求，回损和端口B的指标一致(C”是主板上离连接器约1inch走线长度处)。

主板上离连接器约1inch走线长度处C”测试点的有源指标，这个也等同于模块经MCB输出的眼图指标，这个指标其实在Host端不好测试，需要用到误码仪等。

以上就是Host部分的仿真和测试要求，接下来我们看看Module部分的要求。

从光模块Module输入B’处到Module接收的无源指标，主要是回损和模态的要求，相对于Host主板B端口，可以看到和Host主板端B口的要求还不一样。

从光模块Module输入B’处到Module接收的有源指标，主要是眼图和Jitter的要求，相对于Host主机B端口输出过来的数据，可以看到和Host端B口的要求差不多。

Module输出到MCB的端口C’处的无源指标，主要是差分和共模回损的要求。从回损来看，B’口和C’口的要求是一样的，但两者的模态要求有差异；

备注：以上图片均摘自SFF8431协议。

Module输出到MCB的端口C’处的有源指标，主要是眼图和Jitter的要求,可知相对于Host主板的输出要求，Module的输出眼图要求小很多。

另外协议里面也有单独对芯片的测试板要求，以及HCB和MCB夹具板的要求，这个不是今天的重点，在此略过。总体来说10GE的协议比起后面的25Gbps以上的协议看起来更复杂，而且没有对应模块本身的插损要求。

本期问题：我们看到SFF8431协议里面都有SCD11这个指标，这个指标到底和什么有关，为什么要求管控这个指标？谢谢！