Samtec 白皮書 | Flyover?電纜系列中篇

摘要/前言

本白皮書包含了實測數(shù)據(jù)和示例，解釋了為什么在高速設(shè)計中，電纜解決方案可能更好。它還探討了諸如電纜管理和成本等方面的問題。

上篇中，虎家白皮書系列 | Samtec Flyover?電纜系統(tǒng) 上篇，我們了解了電纜性能和與PCB的對比。本系列的中篇將討論電纜如何改善熱管理、如何利用Flyover?優(yōu)化設(shè)計等實踐話題。

電纜如何降低設(shè)計復(fù)雜性

如之前所述，高速PCB傳輸線路，例如傳輸PCle?或以太網(wǎng)信號的線路，會受到纖維編織skew的影響。減輕纖維編織skew的傳統(tǒng)方法之一是使用CDR或重定時器來提高信號完整性。

當(dāng)信號在PCB上的傳輸線路上傳播時，會受到噪聲和其他信號的影響，經(jīng)過通孔或繞過拐角，這些幾何變化會引入skew（使差分對的P和N變得不同步）。簡而言之，CDR在信號通過PCB時糾正信號。

此外，CDR還具有一些均衡特性，可以改善信號強度（以彌補損耗）。但信號一旦離開CDR電路，它容易再次受到skew、噪聲和干擾的影響。此外，將CDR添加到設(shè)計中會增加成本、復(fù)雜性、空間占用、功耗、熱效應(yīng)和熱量。相比之下，F(xiàn)lyover?電纜是一種被動解決方案，因此不會產(chǎn)生熱量，也不需要電源。

另外，CDR還可能會給系統(tǒng)增加幾納秒的延遲，具體取決于芯片，這在對時間敏感的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中可能非常重要。值得注意的是，PAM4增加了信號清理的復(fù)雜性，進而可能造成更多的延遲。由于電纜具有較好的電介質(zhì)特性，使用Flyover?電纜的設(shè)計在延遲方面明顯優(yōu)于使用PCB或帶有CDR的PCB的設(shè)計。此外，將信號傳輸線路移至電路板外可以減少PCB堆疊的層數(shù)，從而降低成本和復(fù)雜性，我們后續(xù)將對此進行詳細(xì)討論。

電纜如何改善熱管理

Flyover?電纜可以極大增加設(shè)計靈活性，允許設(shè)計人員將電路板、芯片和組件放置在最佳位置，以減少熱效應(yīng)并最大程度地提高性能。圖5顯示了PAM4 56 Gbps交換機開發(fā)早期的典型電信網(wǎng)絡(luò)交換機設(shè)計，圖中比較了使用傳統(tǒng)PCB傳輸線的真實原型（左）和使用 Samtec Flyover?技術(shù)重新設(shè)計的版本（右）。系統(tǒng)在頂部和底部QSFP-DD前端口之間形成1m無源DACS環(huán)路。

圖 5：通過使用Flyover?技術(shù)（右）重新設(shè)計網(wǎng)絡(luò)交換機（左），設(shè)計人員在熱管理方面取得了顯著的改善。

在圖5中，值得注意的是，采用18英寸電纜的Flyover?設(shè)計后，FPGA芯片已經(jīng)被移至箱體的后方，這極大地影響了機箱內(nèi)的熱量，包括前面板上的光學(xué)組件（這樣做有望提高光學(xué)組件的使用壽命，并減少維護需求）。

隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的提升，ASIC上的端口數(shù)量將會增加。這將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生更多熱量，因此熱管理變得更加重要。像這樣的高吞吐量系統(tǒng)可以輕松消散1,000瓦或以上的熱量。將產(chǎn)生熱量的組件策略性地放置在系統(tǒng)中較冷的區(qū)域，對信號完整性、成本、功耗、產(chǎn)品壽命和熱管理都會產(chǎn)生顯著影響。

如何利用Flyover?電纜提高設(shè)計靈活性？

除了改善熱條件和信號完整性外，F(xiàn)lyover?電纜還提供了將組件放置在最佳位置的靈活性，以簡化裝配并提高可維護性。

例如，若設(shè)計中存在堆疊配置或需要在不同平面上放置端口，則可使用Flyover?電纜輕松實現(xiàn)，并確保信號完整性最佳。這種方法還有助于應(yīng)對機械公差，因為電纜允許在系統(tǒng)中進行更多移動，PCB則不然。

在模塊化系統(tǒng)中，可使用較小的子卡處理需要維修的組件。例如，系統(tǒng)可能包含一個帶有高端FPGA ASIC的復(fù)雜子卡。設(shè)計人員可將Flyover?電纜連接到光學(xué)端口，一切都插入到更簡單的子卡中。因此，若復(fù)雜電路出現(xiàn)故障，維修人員無需拔下光學(xué)部件，只需更換處理子卡即可。

Flyover?系統(tǒng)還可在前端口選擇方面提供靈活性，設(shè)計人員無需考慮PCB的不同skew。舉例來說，系統(tǒng)設(shè)計人員可能在一個系統(tǒng)中需要QSFP端口，在另一個系統(tǒng)中需要SFP端口，但兩個系統(tǒng)所使用的基本交換機或計算卡是相同的。采用模塊化方法的Flyover?電纜允許設(shè)計人員在不影響PCB上的高速設(shè)計的情況下更換端口類型。這降低了成本、生產(chǎn)復(fù)雜性和設(shè)計時間。通過Flyover?解決方案，設(shè)計人員可以靈活連接芯片到芯片、芯片到背板和/或芯片到端口，同時保持最佳的信號完整性和散熱優(yōu)化。Samtec提供多種端接選項，包括低輪廓、密集、盲插或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

小 結(jié)

本文為系列中篇，詳細(xì)探討了電纜如何降低設(shè)計復(fù)雜性、電纜如何改善熱管理、如何利用Flyover?優(yōu)化設(shè)計靈活性。

如果您對中篇的內(nèi)容還意猶未盡，請點擊了解下方視頻，了解Samtec Flyover?在Demo實踐中的穩(wěn)定表現(xiàn)。Samtec有10種連接器系統(tǒng)（包括線到板和板到板）可在112 Gbps PAM4數(shù)據(jù)速率下實現(xiàn)出色的性能。112 G電纜系統(tǒng)是Samtec Flyover? 專為中板、中板到前面板、中板到后面板以及面板到面板配置而設(shè)計的解決方案。