2021年高速背板设计考虑和创新解决专业方案.doc

高速背板设计考虑和创新处理方案分析
高速背板设计者面临信号衰减、符号间干扰(ISI)及串扰等几项关键挑战。含有创新信号调整技术芯片产品(如高速背板接口处理方案)可有效处理这些系统级难题，使系统厂商能为其用户提供高性能及可升级系统，并降低开发时间及成本。
路由器、以太网交换机及存放子系统等基于模块化机箱系统中，高速背板要求有高等级信号完整性及更高系统吞吐量。面向这些应用系统供给商为了用一个经济且立即方法来设计这些高速背板，正面临众多挑战。她们还必需保护其用户在原有线卡、机箱及电源上投资，同时还必需支持更高性能及提供更新服务。
今天，部分系统中背板正采取5Gbps或更高速串行链路技术运行。为设计能以这种速率工作高可靠系统，要求芯片厂商提供确保在背板中进行无错误传输处理方案。本文将叙述基于模块化机箱系统中高速背板及其设计挑战，同时将讨论能处理这些挑战芯片处理方案。
基于模块化机箱系统实例
像关键路由器、企业级交换机及存放子系统等模块化机箱系统，全全部拥有高速背板及多个线卡。经过增加更多线卡和提升线卡端口密度，可提升系统性能及容量。这些系统均为模块化，可独立进行扩展。它们还被设计成含有高可用性以确保连续运行。
这些系统由含有冗余开关卡、线卡及电源模块插槽组成。它们可配置冗余组件来增加安装可靠性及可用性。图1为一个经典基于模块化机箱系统配置。背板接口处理方案(亦称为高速串行连接)提供高速背板间全双工通信。串行连接器件速度取决于系统吞吐量要求。串行连接经过高速差分信号来传输数据。然后此差分信号又经过线卡及连接器路由，穿过背板并经过另一组高密度连接器。其信道特征取决于背板材料、连接器密度、走线宽度/耦合等。在经典路由器中，依据线卡插入这些走线中位置，走线长度可在1英寸至48英寸范围内。
这些模块化机箱系统中背板接口器件含有以下部分关键要求：
1．提升速度：接口器件应能满足系统设计者不停提升带宽要求。-5Gbps速率并在提供 ，以实现对现有背板中处理方案进行升级。经过简单开关卡升级，系统厂商可再利用现有机箱及线卡，同时提供一个向更高带宽线卡升级路径，以低成原来为用户提供更多服务；
2．后向兼容性：背板接口器件要求能以原有线卡速度工作，方便和原有线卡兼容；
3． 高密度及低功耗：为应付日益增加网络流量，这些系统需要更小占位面积及更高性能和密度，且不会额外增加功耗。所以对功耗更低、速度愈加快背板器件需求一直存在。
4． 可制造性及可测试性：背板接口器件需要整合JTAG及BIST等功效，来实现原型创建及制造期间芯片级和系统级测试。
高速背板设计考虑
伴随数据速率超出1Gbps水平，设计人员必需处理其背板系统设计中新问题。这些背板信号完整性受趋肤效应、介电损耗、串扰引发更大噪声和符号间干扰(ISI)等原因影响。
趋肤效应是这么一个现象，即伴随频率增加，大部分电流将集中于外部导体上。由趋肤效应所引发损耗和频率平方根、走线宽度和高度成正比。 介电损耗是由板电介质热损耗所引发，且随频率线性增加。在较高频率上，介电损耗便成为一个较严重问题。这些损耗不仅降低信号幅度而且还减慢信号边缘速度，进而造成信号发散及抖动容限较差。 因为衰