引言- y: Z# X9 V3 o2 @) v! B" {3 m& L
随着高速串行链路数据速率突破100 Gb/s，SerDes（串行器/解串器）建模与仿真面临新的挑战，特别是在基于ADC的架构方面。本文深入探讨现代SerDes实现的IBIS-AMI建模实用方法[1]。% b2 E: w. h) R! u$ S. J+ Z
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传统与基于ADC的SerDes架构对比
8 D! n( @+ C% k% R* ]在传统的模拟中心接收器中，信号通过连续时间线性均衡器(CTLE)、前馈均衡器(FFE)和判决反馈均衡器(DFE)各级处理。这种架构已经得到传统IBIS-AMI建模方法的充分支持。4 T" ^9 B4 ~$ I+ ~5 U
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( i) s' s. ~/ ?' D) _2 I图1：传统模拟中心接收器架构，展示了通过CTLE、FFE和DFE各级的信号流，模拟域处理在设计中占主导地位。$ k6 g" o' _* z7 b) R# R, E& f
& k, A( n& e3 S% j* ]+ R4 V3 e现代基于ADC的SerDes架构与传统方法有显着区别。基于ADC的架构将均衡分为模拟域和数字域，实现更复杂的数字处理，同时引入新的建模挑战。9 K& w2 D+ b1 j5 v$ ^' k$ R' ~6 k: |
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图2：基于ADC的接收器架构，展示了混合模拟-数字方法，包括时间交错ADC和并行DSP处理。, M2 v9 I5 r: F: B
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% a$ M @2 X; h1 T8 K# o6 H3 i, Q基于ADC的SerDes建模方法
; [/ K, I4 i& d: x. w2 [7 P6 {针对基于ADC的SerDes特性，形成了两种主要建模方法：
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1. 基于COM的建模：该方法优先考虑准确的性能表示，同时抽象架构细节。遵循IEEE 802.3和OIF CEI等标准中使用的信道工作余量(COM)理念。
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图3：COM信道符合性工作流程，展示了参数化模型、统计仿真和性能评估之间的相互作用。9 M4 m% W2 \6 V+ E9 b
6 E: n9 M1 E! ?+ N0 X9 N2. 基于架构的建模：该方法保持对实际SerDes实现的保真度，同时解决与仿真工具的接口挑战。
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图4：提出的基于ADC的IBIS-AMI接收器模型，展示了ADC量化效应的集成，同时保持IBIS兼容性。
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& K* R# n3 { @+ k6 c3 ~" x! M时间交错ADC架构需要特殊的建模考虑。多个ADC以分数速率运行，以实现所需的采样率，同时保持实际实现的约束。
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图5：时间交错ADC采样时序图，说明多个ADC通道以降低速率运行的关系。4 p5 h/ ?: H- w v
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7 o* w/ o9 _* f# oMLSE高级建模考虑
/ g" H/ f$ @" z, y, S最大似然序列估计(MLSE)与传统均衡方法有显着不同。MLSE不是试图消除符号间干扰(ISI)，而是利用已知的ISI特性来改善误码率(BER)性能。5 u6 J$ _8 _" @$ V- p6 t
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图6：接收器脉冲响应对比，展示了传统DFE均衡与MLSE调理对ISI处理的不同方法。
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模型相关性与验证- p9 n8 O* g9 w* f7 Z+ s. L5 b! r
基于ADC的SerDes模型的实际验证需要与测量数据仔细对比。信噪比(SNR)和误码率(BER)之间的关系提供了模型验证的可靠框架。
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图7：NRZ和PAM4调制的SNR-BER关系曲线，展示理论性能边界。$ h* d/ J# [. F( p7 a, d
2 r6 }% |$ {* B, l; A' C; [& O实验室验证设置必须考虑各种损伤和信道特性。2 O7 e1 \# Q+ F/ k1 _
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* U* h5 ~4 D; y% P3 N7 h图8：BER实验室测量设置，展示用于模型相关性的设备配置。 |$ o) s B, G: J. L
; t& C6 c6 v8 \ ^8 G3 Q R/ H" t6 X信道损耗特性显着影响SerDes性能，必须在建模过程中仔细考虑。$ V+ N( A% y8 ~ w$ X7 u( L x
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& W% P. t) J( |' ]+ _4 d; k' p$ v图9：特征化的凸点到凸点链路损耗测量，展示频率相关的信道特性。# d& x9 |! z) J+ \' P7 O( s, }/ O
7 Y3 {5 g5 v/ |1 b6 n* H# p' Y9 K9 b# o仿真和测量性能之间的相关性验证了建模方法的有效性。0 y+ S9 \& R: j" g
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图10：IBIS-AMI标称发送器与接收器噪声扫描，展示各种工作条件下的BER分布。8 f7 k5 F' |; o' ]- E L0 P( w
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2 ~% u7 E7 e9 G5 e [9 {& ^高级性能分析
% ^" y+ A C" f qMLSE实现需要专门的分析技术。传统DFE和MLSE方法的比较显示了在具有挑战性的信道中的性能优势。# w9 x: n3 M: ^0 P
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图11：37 dB回环信道中DFE和MLSE的SNR比较，展示MLSE性能优势。) R7 ~! N5 h S4 \
. |8 N% ]& q' ]' c, {7 Q% [( M6 E最终相关性结果证实了在不同信道条件下建模方法的有效性。+ B! @- @1 z8 n9 W8 d- b$ ?
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图12：MLSD与DFE SNR模型到实验室相关性，展示各信道损耗下的性能比较。0 @4 P1 m# ` w# V
% W& c8 G; e% o# ` I! |/ f; ]& b0 G本文介绍了现代基于ADC的SerDes架构的综合建模方法，包括性能导向和架构准确的方法论。所描述的技术可以准确仿真运行速率超过100 Gb/s的高速串行链路，并考虑实现和验证的实际因素。MLSE等先进技术的整合表明这些建模方法可以扩展到新兴的SerDes架构。- w6 L9 m; E. Y
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参考文献0 f5 L: j E z% y$ W) E
[1] Tyshchenko, D. Halupka, R. Allred, T. Worrell, B. Katz, C. Walker, and A. Auge, "IBIS-AMI Modeling and Correlation Methodology for ADC-Based SerDes Beyond 100 Gb/s," in DesignCon 2022, 2022.
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