摘要：一、引言小型可插拔（SFP）是一种紧凑的、热插拔的网络接口光模块，用于在电信和数据通信应用中将串行电信号转换为串行光信号，反之亦然。SFP+是SFP的增强版本，支持高达16 Gbps的数据速率。SFP+模块的外形尺寸比SFP光模块小30%。它功耗更低，所需组件
一、引言 小型可插拔（SFP）是一种紧凑的、热插拔的网络接口光模块，用于在电信和数据通信应用中将串行电信号转换为串行光信号，反之亦然。SFP+是SFP的增强版本，支持高达16 Gbps的数据速率。SFP+模块的外形尺寸比SFP光模块小30%。它功耗更低，所需组件更少，支持模块堆叠，并且比XFP模块成本更低。 每个SFP+模块包含一个光发射器和接收器。模块的一端是串行器/解串器成帧器接口（SFI）串行互连，可处理高达10 Gbps的差分信号。另一端是符合10GbE和8GFC标准的光连接。从接收到的串行数据流中恢复数据会受到信道损耗、反射、串扰等因素的负面影响。超过10 Gbps的复杂信道条件使得串行链路信号完整性仿真成为印制板设计中的关键要求。图1显示了系统中收发器和接收器之间数据传输的基本结构。 图1：数据传输的基本结构 从图1可以看出，TX模型是线性时不变（LTI）的，可用于时域和统计仿真模式。TX模型包含具有摆幅和预加重控制的信号驱动器。发射器模型的输入相当于芯片的时钟数据恢复（CDR）之后的信号。RX模型仅支持时域仿真模式。RX模型对接收到的来自信道的信号应用均衡（EQ）并对其进行切片。RX的输出代表芯片的时钟数据恢复（CDR）的输入。在输出端，用户将使用误码率（BER）或眼图来分析传输线的信号质量。 二、仿真探索 信号完整性仿真中最重要的是模型和拓扑结构对仿真对象的表征程度，以及了解实验的预期结果。首先，需要了解IBIS-AMI模型的功能和局限性。 IBIS-AMI模型支持时域叠加（逐位模式）和统计模式。这在保持瞬态卷积仿真准确性的同时，提高了仿真运行速度，并表征了多千兆位收发器中复杂的数字信号处理功能，例如均衡和时钟数据恢复（CDR）。 图2显示了多千兆位系统中的端到端信道。无源信道组由各种元件组成，例如传输线、过孔和连接器，这些元件以S参数建模。模拟信道组是模拟缓冲器，用作直接与信道接口的前端，并以IBIS建模。TX EQ和RX EQ/CDR模块是均衡电路，以AMI建模。实际上，AMI模型与IBIS配合使用，完成从锁存器到锁存器的TX和RX路径，而不是从焊盘到焊盘。 
图2：多千兆位系统中的端到端信道 信号完整性的主要定量度量是眼图的眼高和眼宽。由此可以推导出误码率（BER）或其他图，例如浴缸曲线。眼图是通过在时域中折叠许多位而形成的，其波形表示这些位序列的响应。 IBIS-AMI模型是一种接口，通过三个函数实现，编译成Windows的可执行文件.dll或Linux操作系统的.so。这些函数是AMI_Init、AMI_Close和AMI_GetWave。必须实现AMI_Init函数。由于长位序列的波形将被分成小块并进行相应分析，因此某些数据结构可能会多次使用。在这种情况下，通用的“初始化”应在此函数中完成。也必须实现AMI_Close函数，它用于清理并将分配的内存释放回操作系统。AMI_GetWave函数是可选实现的。如果信道是非线性时间间隔（NLTI），则无法直接合成以获得BER。在这种情况下，需要长位序列的波形。AMI_GetWave函数的实现提供了这样一种机制，用于计算输入位序列并将其转换为相应的响应。 AMI有两种工作模式，即统计模式和时域（逐位）模式。如果未实现AMI_GetWave函数，模型将只能运行统计模式，这意味着无源信道必须是线性时间间隔（LTI）。如果实现了GetWave函数，模型也可以在时域模式下运行，允许非线性时间间隔（NLTI）。 图3显示了统计模式操作。在这种模式下，信道是LTI，这意味着来自不同位序列的波形可以使用叠加原理从单个位的脉冲响应构建。利用无源信道的时域脉冲响应，TX和RX模型可以对这种单脉冲进行卷积。一旦模拟器从RX模型接收到此信息，它就可以执行峰值失真分析，例如叠加，以直接获得BER或眼图。 
图3：统计模式操作 图4显示了时域（逐位）模式操作。在这种模式下，信道是NLTI，不应进行波形叠加。因此，必须形成一个数字位序列。该序列可以分成或不分成更小的块，然后与无源信道部分的脉冲响应进行卷积。然后通过TX和RX的AMI_GetWave函数调用结果，形成完整信道的实际时域响应。模拟器将然后折叠波形以计算BER和其他参数。 
图4：时域模式操作 上述IBIS-AMI操作可以使用IBIS[预留参数]、RX的IBIS[特定模型]和TX的IBIS[特定模型]进行配置。IBIS[预留参数]是常规配置，包含一些模型文件，例如：
RX配置的IBIS包含一些特定模型模型文件，例如： EQ_Level - 基于正常模式或DWDM模式以及CTLEAdapt选择模式来选择EQ_Level的参数。 DWDM_mode - 用于启用或禁用EQ_Level的DWDM模式的参数选择。 Rx_config - 用于将RX的输出设置为切片后或切片前波形的参数。 DFEtab值 - 定义DFE抽头增益的参数。 DFEAdapt - 用于启用或禁用DFEA自适应的参数。 CTLEAdapt - 用于启用或禁用CTLE自适应的参数。 EOM_window - 用于控制眼图测量所用位数的参数。
TX配置的IBIS[特定模型]包含一些模型文件，例如： DE和DE_range - 这两个参数结合使用可设置输出去加重级别。 VOD - 用于设置输出峰峰值差分幅度。 Tstonefile - 模拟器用于表示TX模拟前端（包括终端）的Touchstone S参数文件，它取决于上述的VOD设置。 Gain - 能够为此函数设置增益值的参数。 不同供应商的TX和RX IBIS-AMI模型配置可能不同，因此它们的组合也设置了模型使用的限制。IBIS-AMI模型提供商通常会准备用户指南，说明如何设置和配置模型以进行仿真。 对于诸如SFP+模块之类的连接器，有时供应商仅提供封装的S参数数据以及一些电气信息，例如工作频率范围或边沿速率，而没有IBIS-AMI模型信息。如果没有它，可以使用高速串行链路的通用TX和RX模型进行仿真，以生成用于分析的眼图。 三、方法 接下来选择多千兆位串行链路系统的信号完整性后仿真工作，对于SPF+模块，将使用通用模型。这两种器件都提供封装S参数数据，该数据表示封装在频率上的行为。 以ODB++格式提供的表示两个器件之间串行链路差分线连接的布局设计。数据将导入ADS仿真工具的SiPi功能中。然后，需要正确添加印刷电路板（PCB）的叠层和过孔信息。叠层包括设计中使用的PCB分层结构、厚度和材料信息。图5和图6显示了ADS工具上RX和TX的串行链路连接。通过此设置，在两个布局上执行3D电磁（EM）求解器仿真（25°C，DC至20 GHz），并生成传输线的信道S参数。生成的S参数数据随后将用于后面将讨论的RX和TX仿真拓扑。 
图5：RX连接 
图6：TX连接 需要在单独的仿真平台中使用TX和RX模型，以优化均衡和预加重设置，如图7和图8所示。 
图7：RX仿真平台设置 
图8：TX仿真平台设置 对于RX仿真平台，将对FSP+模块连接器传输的数据进行均衡和Retimer。因此，无需花费大量仿真周期来优化Retimer输出的眼图。对于TX仿真平台，将测试许多特定于模型的参数，以通过根据用户指南表设置控制VOD、DE和DE_Range值来优化眼图张开度。 四、结果与讨论 实验包括两个阶段，即TX和RX差分网络的3D电磁（EM）求解器仿真以及TX和RX拓扑的信号完整性仿真。以下是这项工作的实验结果和讨论细节。
（一）RX的3D电磁（EM）求解器仿真 a) 差分网络名称：SFP_RX0_P和SFP_RX0_N。 b) 仿真条件：25°C和DC至20GHz。 c) 生成的S参数和符号： d) 图10显示了回波损耗和插入损耗结果。 
图9：RX symbol 
图10：RX回波损耗和插入损耗
（二）TX的3D电磁（EM）求解器仿真 e) 差分网络名称：SFP_TX0_P和SFP_TX0_N。 f) 仿真条件：25°C和DC至20GHz。 g) 生成的S参数和符号： h) 图12显示了回波损耗和插入损耗结果。 
图11：TX symbol 
图12：TX回波损耗和插入损耗 生成的S参数结果显示了从DC到20GHz的无源信道的行为。生成的符号将用于高速串行链路系统的TX和RX拓扑的信号完整性仿真。 （三）RX仿真平台 本实验将使用如图7所示的拓扑设置。测试1在10.3125Gbps下运行，测试2在16Gbps下运行，如图13和图14所示。 
图13：10.3125 Gbps下的RX测试1 
图14：16Gbps下的RX测试2 结果表明，10.3125GHz时的眼图张开度大于16GHz时的眼图张开度。10.3125GHz时的电压为0.7V，而16GHz时为0.6V。眼图张开度被认为足够大，并且将在芯片端进一步进行均衡和Retimer。 （四）TX仿真平台 本实验将使用如图8所示的拓扑设置。 
图15：10.3125Gbps下的仿真结果测试 图15显示了在10.3125Gbps下的测试。该图显示，通过去均衡（DE）和按需电压（VOD）的设置，可以优化眼图张开度。 
图16：16Gbps下的仿真结果测试 图16显示了在16Gbps下的测试。尽管FSP+标准可以达到16Gbps，但由于Retimer器IC的规格仅为9.8至12.5Gbps，因此DE和VOD设置无法优化眼图张开度。 
图17：10.3125Gbps下的仿真结果测试——DE可变 图17显示了在10.3125Gbps下且VOD值固定的测试结果。DE=0时的眼图张开度大于DE=3和DE=7时的眼图张开度。 
图18：10.3125Gbps下的仿真结果测试——VOD可变 图18显示了在10.3125Gbps下且DE值固定的测试结果。VOD=6（1.2V）时的眼图张开度大于VOD=0（600mV）和VOD=4（1.0V）时的眼图张开度。 五、结论 上面讨论了SFP+接口串行链路进行信号完整性仿真和分析的讨论。结果表明，了解IBIS-AMI对于优化眼图张开度结果非常重要。在本研究中，在TX处，IBIS-AMI的配置可以在DE=0（0dB）增益、VOD=6（1.2V）和DE_range=0时获得优化的眼图。而在RX处，不需要太多均衡，默认设置即可获得足够大的眼图结果。 基于供应商的IBIS-AMI，发射器和接收器处的均衡设置可以帮助在多千兆位串行链路上获得更好的信号。另一个因素是封装和无源信道的行为，这也是获得良好信号质量的重要因素。在本仿真中可以看到，在拓扑设置中考虑了封装的行为和无源信道的特性。在信号完整性仿真中，正确的建模技术和拓扑设置也非常重要。 来源：随性自由的香瓜一点号
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