一年多前，IEEE 發(fā)布了針對千兆以太網(wǎng)的 802.11bj 規(guī)范。此外，該規(guī)范還定義了 Channel Operating Margin （COM） 通道的一種質(zhì)量評估方式。在數(shù)學(xué)上，可將 COM 定義為：
COM = 20 LOG10（振幅信號/振幅噪聲）
圖 1：改進(jìn)的 COM 實(shí)施能仿真 100GbE 信號傳輸。
此規(guī)范建議通道裕度應(yīng)不低于 3dB，以容納可能在特定性能邊緣進(jìn)行操作的發(fā)射器和接收器。
COM 最難計(jì)算的部分是將包含于分母中的所有噪聲源考慮進(jìn)去，其中包括所有產(chǎn)生噪聲的來源，如隨機(jī)噪聲、抖動、串?dāng)_、碼間干擾 （ISI） 等。
盡管在 COM 之前，眼圖/BER 評估技術(shù)已經(jīng)存在很長時(shí)間，但是這些方法從未得到正式標(biāo)準(zhǔn)化。IBIS 標(biāo)準(zhǔn)（IBIS 5.0 至 6.2）可描述算法模型接口 （IBIS-AMI） 模型的使用，但其定義的規(guī)則主要用于描述仿真平臺如何與模型庫交互、調(diào)用其接口功能、形成輸入并讀取輸出參數(shù)。
如果沒有標(biāo)準(zhǔn)，那么不同工具會通過不同路徑來評估通道質(zhì)量，而 COM 的目標(biāo)之一在于最大程度降低確定信噪比時(shí)的不確定性。COM 始于一組描述被入侵者和侵略者通道的 S 參數(shù)。考慮到 Tx 和 Rx 緩沖器的非線性模型，與許多運(yùn)行 SPICE 層仿真的工具相同，COM 并不直接采用時(shí)域響應(yīng)。相反，在一系列轉(zhuǎn)換之后，它會找到通道的有效傳遞函數(shù)，并通過 IFFT 將其轉(zhuǎn)換為時(shí)間響應(yīng)。這樣，它就能避免 SPICE 類型的建模和仿真造成的極大不確定性。
從數(shù)學(xué)的角度來看，COM 等同于統(tǒng)計(jì)分析，但僅針對眼圖的一個(gè)垂直疊層結(jié)構(gòu)，此疊層結(jié)構(gòu)與“最佳”采樣時(shí)間相對應(yīng)。因此，將 COM 與統(tǒng)計(jì)眼圖而非逐位分析相比是很合理的，因?yàn)楹笳呓?jīng)常無法提供充分的樣品大小。
將 COM 與 BER 相比
大多數(shù)設(shè)計(jì)高速 Layout 的 PCB 設(shè)計(jì)人員對 BER 和眼圖很熟悉，它們已成為代表通道設(shè)計(jì)質(zhì)量的典型方法。COM 則與之不同。以下為 BER 與 COM 的部分差異。
· 通道特征提取。許多 EDA 工具執(zhí)行詳細(xì)的電路模擬，以查找可表征通道的響應(yīng)。它們在接收器管腳所測量的響應(yīng)會受到非線性模型的影響，而且可能包含在接收器端轉(zhuǎn)換為差分的共模效應(yīng)。COM 始于裸露通道的 S 參數(shù)，并且完全忽略了非 LTI 和共模的影響。
· 因?yàn)?COM 不使用器件模型，所以無法得知具體的封裝參數(shù)。COM 中的“封裝”是器件中封裝的“模板近似值”，包含并聯(lián)電容器和傳輸線。
· 基于類似的原因，COM 也無法得知存在于通道兩側(cè)的實(shí)際端接條件。大多數(shù)情況下，它會采用 55-ohm 的電阻端接，與 50-ohm S 參數(shù)歸一化阻抗略有差異。
· COM 會考慮接收器靜噪濾波器，其帶有數(shù)據(jù)速率 75% 的平滑帶寬。大多數(shù)眼圖/BER 分析儀不具此濾波器的特征，也未應(yīng)用此濾波器。
· 在 COM 中，Tx 均衡器僅有一個(gè)預(yù)抽頭和一個(gè)后抽頭，并且指針值具有設(shè)置限制。因?yàn)閷?shí)際器件可能有不同的架構(gòu)，所以它的模型（如 IBIS AMI）很可能具有不同設(shè)置。
· 用于 COM 的 CTLE 與常見實(shí)踐一致，但僅對直流增益執(zhí)行優(yōu)化。極點(diǎn)頻率會為給定的操作模式進(jìn)行預(yù)定義。如果我們?yōu)?CTLE 參數(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化，可能會有不一樣的結(jié)果。
· 在 COM 流程中，高斯和雙 Dirac 發(fā)送抖動的計(jì)算是通過將脈沖響應(yīng)進(jìn)行線性化，并在選定采樣點(diǎn)采用斜率。精確的統(tǒng)計(jì)分析需要采用不同的方式。ISI 和峰值失真的效果同樣受到輸入抖動的影響；這就是為什么精確的統(tǒng)計(jì)分析會同時(shí)計(jì)算包含 ISI 和發(fā)送抖動的分布。
· 在 COM 流程中，通過考慮被稱為 FOM（品質(zhì)因數(shù)）的更簡化指標(biāo)，對均衡器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而縮短優(yōu)化時(shí)間。然而，由于存在其他假定，例如所有“噪聲”成分的高斯分布，導(dǎo)致預(yù)計(jì)測量和最終測量之間有相當(dāng)大的差距。
· BER 分析儀很少考慮發(fā)射器的信噪比。接收噪聲亦不在考慮之列。
· 在 COM 中，侵略者的“貢獻(xiàn)”與最壞情況的相位組合相結(jié)合，可能造成對串?dāng)_影響的過高估計(jì)。
· COM 中的部分操作模式采用糾錯(cuò)機(jī)制 （FEC） 并且將噪聲振幅與 BER 更大閾值相比較。而許多 BER 評估工具并非如此。
Mentor Graphics HyperLynx 仿真器解決了這些差異。已有大量研究對 COM 預(yù)測與實(shí)際響應(yīng)的差別進(jìn)行了分析。并且，偏差來源已在研究中得以分析和考慮。
實(shí)際結(jié)果
此研究結(jié)果在仿真中得到證實(shí)。通過使用 HyperLynx，我們對八個(gè)配置生成了相應(yīng)的眼密度圖，并且將其與計(jì)算出的 COM 值相對照。圖 2 顯示了仿真結(jié)果。
通過圖 1 中所描述的流程，對八個(gè)配置生成了相應(yīng)的圖 2 眼密度圖：配置 1 （a），配置 2 （b），配置 3 （c），配置 4 （d），配置 5 （e），配置 6 （f），配置 7 （g） 以及配置 8 （h）。
結(jié)語
COM 的優(yōu)勢在于它包括了均衡參數(shù)的優(yōu)化，該優(yōu)化是計(jì)算中必不可少的部分。當(dāng)研究應(yīng)用于 HyperLynx 的 COM 執(zhí)行時(shí)，改進(jìn)的 COM 方法已證明能完美匹配精確統(tǒng)計(jì)眼圖和 BER 分析給定的結(jié)果，只要兩者都基于同樣的通道響應(yīng)和完全相同的均衡設(shè)置。未來千兆以太網(wǎng)能否實(shí)施依賴于為給定設(shè)計(jì)快速精確地計(jì)算 COM 的能力。