插入損耗偏差或碼間干擾噪聲？

2021-07-19

插入損耗偏差或碼間干擾噪聲？

如果您單獨使用直通 S 參數，反射是否重要？直覺上，它們似乎無關緊要，因為它們不直接用于計算眼圖。 

但是，反射當然很重要！反射會導致信號完整性問題，我想通過顯示傳輸參數、插入損耗 (IL)、反射參數和回波損耗 (RL) 之間的關系來開始解釋是如何產生的。簡而言之，RL 從 IL 中奪走了權力。例如，這里是平面波在邊界處的行為 [2]。

T 是傳輸系數（傳輸了多少功率），Γ 是反射系數（反射了多少功率）。

這個方程用功率和其他方程的系數表示，當方程轉換為電壓和S參數時，它看起來像這樣。

這個方程更有用，因為它可以直接應用于我們從測量或模擬中得到的 S 參數。這是繪制的方程。

這里的要點是反射會減少直通信號。

在繼續之前，我想談談插入損耗 (IL) 和回波損耗 (RL) 的術語。由于這些術語包括“損失”一詞，因此當值為負時，這意味著它們正在為系統增加功率。換句話說，如果有負損失，結果就是收益。但是，傳輸參數圖通常稱為插入損耗，因此顯示為負數。這已成為行業溝通的標準方式。因此，在本文中，我將效仿：插入損耗和回波損耗將為負值。 

這樣一來，一旦 RL 升至 -10 dB 以上，IL 就會顯著降低，這在 S 參數中很容易看出。我正在使用 QUCS 通過對無損 Beatty 結構進行建模[3]來輕松獲得一些反射 S 參數。Beatty 結構是由大的不連續性產生的串聯諧振器。此處，不連續性是具有不同阻抗的兩條其他傳輸線之間的傳輸線。

正如在 RL 與 IL 圖表中所觀察到的那樣，您可以看到，在 RL 跨越 -10 dB 的頻率處，IL 明顯更低。因此，也許我們可以通過觀察這些下降來確定反射如何影響系統。業界將這些下降稱為插入損耗偏差 (ILD)。他觀察到移動插入損耗遠離標稱值，系統脈沖響應偏離標稱值越大。 

要計算 ILD，請使用下面的一組方程來擬合插入損耗。

每個頻率系數都具有物理意義。假設直流損耗為零，平方根系數 (a1) 表示趨膚效應，而功率 1 和平方系數（a2 和 a4）表示介電損耗。此外，趨膚效應已被證明會影響除 DC 之外的所有術語 [5]。因此，使用這些術語，您可以使用以下等式獲得非常適合插入損耗的系數。

最后，ILD 是測得的 IL 與擬合之間的差值。

當沒有反射時，ILD 很小，IL 匹配良好，ILD 如您所料，很小

當有反射時，情節看起來更糟。

這個 ILD 圖可以有限制或掩碼，這為我們 SI 工程師提供了減少反射時的目標數量。此外，我們可以使用 FOM ILD 用一個數字來量化反射 [6]。

看來我們這里的工作已經完成了，對吧？我們現在有一種方法可以單獨用插入損耗來量化反射，我們可以用一個數字來描述它們。好吧，也許我們現在可以收工了，但話說回來，我們沒有檢查 FOM ILD 是否與 COM 相關。 

在 COM 中，與反射相關的噪聲是在采樣點的時間和我們感興趣的錯誤率中確定的。這個度量被稱為 ISI 噪聲，這里是關于如何計算包含 ISI 噪聲的COM的原始建議。

ISI 噪聲是采樣點后一個直通內所有切片的總和。切片是距離脈沖響應采樣點 nUI(s) 的點。其中“n”是 1 到無窮大，UI 是位寬或單位間隔，以秒為單位。脈沖響應是系統在注入一位數據后的時域響應。下圖有助于澄清這些陳述。

紅線是均衡前的脈沖響應——就我們的目的而言，它沒有意義，所以忽略它。藍線是均衡后的脈沖響應，這是用來量化通道質量的數據集。藍色均衡脈沖響應頂部的綠色圓圈是采樣點。在 COM 中，有一個方程定義了這個點的位置。其他工具，如 Seasim 只是挑峰。就我個人而言，我喜歡只選擇高峰，但這既不在這里也不在那里。圓圈是切片。如果有一個非零水平的圓，它會給系統增加噪音。粉紅色圓圈（請原諒我對顏色的工程知識）是由 DFE 歸零的噪聲貢獻者。其余的黑色圓圈會增加 ISI 噪聲。在上圖中

即使我們只考慮用于 FOM 的方差，這也比 ILD 困難得多！因此，重要的是要確定果汁是否值得擠壓。首先要認識到的是公開可用的 COM 代碼為您提供了這個數字，并且 COM 代碼是免費的且易于使用。其次，COM 是在數據速率和技術的背景下確定的。數據速率就是您發送比特的速度，而該技術與 SERDES 的質量有關。 

對于這個實驗，我使用了來自 IEEE 802.3bj 的最新 COM 腳本并使用了 100GBASE-CR4 電子表格。由于我在 QUCS 中實現了無損傳輸線，因此我利用了 COM 在 CR4 設置中增加了傳輸線損耗的事實。 

COM 考慮了信號衰減的幾個來源。首先是SERDES包。SERDES 封裝有損耗和兩種反射：一種用于管芯 (Cd)，一種用于焊盤 (Cp)。其次，COM 實現了與 SERDES 技術相關的固有噪聲。這些來源包括封裝串擾以及發射器保持電壓電平的能力。話雖如此，很容易看出即使您考慮沒有反射的無損傳輸線（這是第一個數據集），COM 也會有一個上限。 

我通過簡單地使用第一個 COM 場景來消除由墊引起的反射。在這種情況下，封裝被認為是 12 毫米。未使用的第二種方案的長度為 30 毫米。來自 12mm 封裝的反射可以被 COM 腳本中實現的理想 DFE 完全抵消，而在第二個中，DFE 的長度不足以減輕封裝反射。簡而言之，包反射不是此分析中的變量。通過使用無損傳輸線，信號量保持恒定。最后，系統噪聲是一個常數，因為我對所有計算使用相同的 COM 腳本。唯一改變的是反射傳輸線阻抗。所以，這個設置很好地隔離了反射。 

我對上圖的印象是 COM 與 ILD 的趨勢不佳。這并不可怕，但它并沒有達到我愿意將我的職業生涯押在它上面的程度。所以你需要問問自己，ILD真的有效嗎？我與許多 OEM 談論了他們的內部指標，并且 ILD 經常出現。事實上，我認為該領域的大多數人仍然高度依賴 ILD 作為傳輸線質量的衡量標準。但是他們應該并且足夠了嗎？我認為在 100GBASE-CR4（和 KR4）的背景下，它可能是。但是，可能存在 ILD 不夠用的轉折點。此外，我當然不會相信限制組件的 ILD 規范，因為 COM 旨在用于整個通道而不是通道的一部分。如果 ILD 僅用于量化成分 

那么，結論是什么：ISI 還是 ILD？在我看來，ILD 是一個很好的嗅探測試。它非常容易計算，可以輕松地使用 excel 或免費編碼語言完成，并且可以很好地了解反射正在做什么。ISI 噪聲給出了正在發生的事情的真實情況，在這方面它總是比 ILD 好。話雖如此，我認為僅依靠 COM 腳本提供的 ISI 是不夠的。記住，我說過采樣點是由一個方程選擇的。這并不意味著所有 SERDES 都會選擇這一點。我認為要全面了解正在發生的事情，您需要掃描其中的幾個采樣點，看看您是否確實總是有一個通過的數字。如果你要依賴一個，我推薦 ISI。如果您在深入時域之前進行掃描或需要快速檢查，ILD 很好。 

作為旁注，我在上面提到 COM 是免費的，我指的是對 MATLAB 的需求。對于一家價值數百萬美元的公司來說，MATLAB 的商業用途并不昂貴。然而，對于試圖從“男人”（相信我，我知道）之外賺錢的個人來說，這是一項相當大的投資。如果 COM 在不久的將來被移植到 Python 或 Octave，對我們自由職業者來說情況會好得多。