插入损耗偏差或码间干扰噪声？

2021-07-19

插入损耗偏差或码间干扰噪声？

如果您单独使用(yòng)直通 S 参数，反射是否重要？直觉上，它们似乎无关紧要，因為(wèi)它们不直接用(yòng)于计算眼图。 

但是，反射当然很(hěn)重要！反射会导致信号完整性问题，我想通过显示传输参数、插入损耗 (IL)、反射参数和回波损耗 (RL) 之间的关系来开始解释是如何产生的。简而言之，RL 从 IL 中夺走了权力。例如，这里是平面波在边界处的行為(wèi) [2]。

T 是传输系数（传输了多(duō)少功率），Γ 是反射系数（反射了多(duō)少功率）。

这个方程用(yòng)功率和其他(tā)方程的系数表示，当方程转换為(wèi)電(diàn)压和S参数时，它看起来像这样。

这个方程更有(yǒu)用(yòng)，因為(wèi)它可(kě)以直接应用(yòng)于我们从测量或模拟中得到的 S 参数。这是绘制的方程。

这里的要点是反射会减少直通信号。

在继续之前，我想谈谈插入损耗 (IL) 和回波损耗 (RL) 的术语。由于这些术语包括“损失”一词，因此当值為(wèi)负时，这意味着它们正在為(wèi)系统增加功率。换句话说，如果有(yǒu)负损失，结果就是收益。但是，传输参数图通常称為(wèi)插入损耗，因此显示為(wèi)负数。这已成為(wèi)行业沟通的标准方式。因此，在本文(wén)中，我将效仿：插入损耗和回波损耗将為(wèi)负值。 

这样一来，一旦 RL 升至 -10 dB 以上，IL 就会显着降低，这在 S 参数中很(hěn)容易看出。我正在使用(yòng) QUCS 通过对无损 Beatty 结构进行建模[3]来轻松获得一些反射 S 参数。Beatty 结构是由大的不连续性产生的串联谐振器。此处，不连续性是具有(yǒu)不同阻抗的两条其他(tā)传输線(xiàn)之间的传输線(xiàn)。

正如在 RL 与 IL 图表中所观察到的那样，您可(kě)以看到，在 RL 跨越 -10 dB 的频率处，IL 明显更低。因此，也许我们可(kě)以通过观察这些下降来确定反射如何影响系统。业界将这些下降称為(wèi)插入损耗偏差 (ILD)。他(tā)观察到移动插入损耗遠(yuǎn)离标称值，系统脉冲响应偏离标称值越大。 

要计算 ILD，请使用(yòng)下面的一组方程来拟合插入损耗。

每个频率系数都具有(yǒu)物(wù)理(lǐ)意义。假设直流损耗為(wèi)零，平方根系数 (a1) 表示趋肤效应，而功率 1 和平方系数（a2 和 a4）表示介電(diàn)损耗。此外，趋肤效应已被证明会影响除 DC 之外的所有(yǒu)术语 [5]。因此，使用(yòng)这些术语，您可(kě)以使用(yòng)以下等式获得非常适合插入损耗的系数。

最后，ILD 是测得的 IL 与拟合之间的差值。

当没有(yǒu)反射时，ILD 很(hěn)小(xiǎo)，IL 匹配良好，ILD 如您所料，很(hěn)小(xiǎo)

当有(yǒu)反射时，情节看起来更糟。

这个 ILD 图可(kě)以有(yǒu)限制或掩码，这為(wèi)我们 SI 工程师提供了减少反射时的目标数量。此外，我们可(kě)以使用(yòng) FOM ILD 用(yòng)一个数字来量化反射 [6]。

看来我们这里的工作已经完成了，对吧？我们现在有(yǒu)一种方法可(kě)以单独用(yòng)插入损耗来量化反射，我们可(kě)以用(yòng)一个数字来描述它们。好吧，也许我们现在可(kě)以收工了，但话说回来，我们没有(yǒu)检查 FOM ILD 是否与 COM 相关。 

在 COM 中，与反射相关的噪声是在采样点的时间和我们感兴趣的错误率中确定的。这个度量被称為(wèi) ISI 噪声，这里是关于如何计算包含 ISI 噪声的COM的原始建议。

ISI 噪声是采样点后一个直通内所有(yǒu)切片的总和。切片是距离脉冲响应采样点 nUI(s) 的点。其中“n”是 1 到无穷大，UI 是位宽或单位间隔，以秒(miǎo)為(wèi)单位。脉冲响应是系统在注入一位数据后的时域响应。下图有(yǒu)助于澄清这些陈述。

红線(xiàn)是均衡前的脉冲响应——就我们的目的而言，它没有(yǒu)意义，所以忽略它。蓝線(xiàn)是均衡后的脉冲响应，这是用(yòng)来量化通道质量的数据集。蓝色均衡脉冲响应顶部的绿色圆圈是采样点。在 COM 中，有(yǒu)一个方程定义了这个点的位置。其他(tā)工具，如 Seasim 只是挑峰。就我个人而言，我喜欢只选择高峰，但这既不在这里也不在那里。圆圈是切片。如果有(yǒu)一个非零水平的圆，它会给系统增加噪音。粉红色圆圈（请原谅我对颜色的工程知识）是由 DFE 归零的噪声贡献者。其余的黑色圆圈会增加 ISI 噪声。在上图中

即使我们只考虑用(yòng)于 FOM 的方差，这也比 ILD 困难得多(duō)！因此，重要的是要确定果汁是否值得挤压。首先要认识到的是公开可(kě)用(yòng)的 COM 代码為(wèi)您提供了这个数字，并且 COM 代码是免费的且易于使用(yòng)。其次，COM 是在数据速率和技术的背景下确定的。数据速率就是您发送比特的速度，而该技术与 SERDES 的质量有(yǒu)关。 

对于这个实验，我使用(yòng)了来自 IEEE 802.3bj 的最新(xīn) COM 脚本并使用(yòng)了 100GBASE-CR4 電(diàn)子表格。由于我在 QUCS 中实现了无损传输線(xiàn)，因此我利用(yòng)了 COM 在 CR4 设置中增加了传输線(xiàn)损耗的事实。 

COM 考虑了信号衰减的几个来源。首先是SERDES包。SERDES 封装有(yǒu)损耗和两种反射：一种用(yòng)于管芯 (Cd)，一种用(yòng)于焊盘 (Cp)。其次，COM 实现了与 SERDES 技术相关的固有(yǒu)噪声。这些来源包括封装串扰以及发射器保持電(diàn)压電(diàn)平的能(néng)力。话虽如此，很(hěn)容易看出即使您考虑没有(yǒu)反射的无损传输線(xiàn)（这是第一个数据集），COM 也会有(yǒu)一个上限。 

我通过简单地使用(yòng)第一个 COM 场景来消除由垫引起的反射。在这种情况下，封装被认為(wèi)是 12 毫米。未使用(yòng)的第二种方案的長(cháng)度為(wèi) 30 毫米。来自 12mm 封装的反射可(kě)以被 COM 脚本中实现的理(lǐ)想 DFE 完全抵消，而在第二个中，DFE 的長(cháng)度不足以减轻封装反射。简而言之，包反射不是此分(fēn)析中的变量。通过使用(yòng)无损传输線(xiàn)，信号量保持恒定。最后，系统噪声是一个常数，因為(wèi)我对所有(yǒu)计算使用(yòng)相同的 COM 脚本。唯一改变的是反射传输線(xiàn)阻抗。所以，这个设置很(hěn)好地隔离了反射。 

我对上图的印象是 COM 与 ILD 的趋势不佳。这并不可(kě)怕，但它并没有(yǒu)达到我愿意将我的职业生涯押在它上面的程度。所以你需要问问自己，ILD真的有(yǒu)效吗？我与许多(duō) OEM 谈论了他(tā)们的内部指标，并且 ILD 经常出现。事实上，我认為(wèi)该领域的大多(duō)数人仍然高度依赖 ILD 作為(wèi)传输線(xiàn)质量的衡量标准。但是他(tā)们应该并且足够了吗？我认為(wèi)在 100GBASE-CR4（和 KR4）的背景下，它可(kě)能(néng)是。但是，可(kě)能(néng)存在 ILD 不够用(yòng)的转折点。此外，我当然不会相信限制组件的 ILD 规范，因為(wèi) COM 旨在用(yòng)于整个通道而不是通道的一部分(fēn)。如果 ILD 仅用(yòng)于量化成分(fēn) 

那么，结论是什么：ISI 还是 ILD？在我看来，ILD 是一个很(hěn)好的嗅探测试。它非常容易计算，可(kě)以轻松地使用(yòng) excel 或免费编码语言完成，并且可(kě)以很(hěn)好地了解反射正在做什么。ISI 噪声给出了正在发生的事情的真实情况，在这方面它总是比 ILD 好。话虽如此，我认為(wèi)仅依靠 COM 脚本提供的 ISI 是不够的。记住，我说过采样点是由一个方程选择的。这并不意味着所有(yǒu) SERDES 都会选择这一点。我认為(wèi)要全面了解正在发生的事情，您需要扫描其中的几个采样点，看看您是否确实总是有(yǒu)一个通过的数字。如果你要依赖一个，我推荐 ISI。如果您在深入时域之前进行扫描或需要快速检查，ILD 很(hěn)好。 

作為(wèi)旁注，我在上面提到 COM 是免费的，我指的是对 MATLAB 的需求。对于一家价值数百万美元的公司来说，MATLAB 的商(shāng)业用(yòng)途并不昂贵。然而，对于试图从“男人”（相信我，我知道）之外赚钱的个人来说，这是一项相当大的投资。如果 COM 在不久的将来被移植到 Python 或 Octave，对我们自由职业者来说情况会好得多(duō)。