一博高速先生成員--黃剛

咋滴，不知道“ILD”就做不好高速設(shè)計(jì)啦？感覺是為大家做不好高速信號(hào)又找到了一個(gè)新的借口是吧。言歸正傳，對(duì)于很多硬件的朋友或者設(shè)計(jì)的朋友，說起高速信號(hào)的無源指標(biāo)，第一反應(yīng)就是插損。插損是SI的專業(yè)術(shù)語，用很多朋友自己的話來說就是損耗或者叫衰減。當(dāng)然這個(gè)指標(biāo)也是很重要，通常去設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)鏈路的時(shí)候，協(xié)議的插損要求影響著布線的長(zhǎng)度，板材的選擇，芯片間的布局甚至的結(jié)構(gòu)的變更等，所以我們經(jīng)常遇到很多客戶都關(guān)心損耗能不能滿足要求，滿足的情況下能不能盡量小。

我們就以大家比較熟悉的10GBase-KR信號(hào)為例，來介紹今天的豬腳“ILD”。先請(qǐng)出大家比較熟的插損和回?fù)p的協(xié)議要求，10Gbps信號(hào)，我們?cè)诓鍝p指標(biāo)上關(guān)心的是5GHz位置的損耗情況，為什么10Gbps信號(hào)看的是5GHz頻點(diǎn)呢？這個(gè)可以翻翻剛寫不久的這篇文章《明明我說的是25G信號(hào)，你卻讓我看12.5G的損耗？》，看完相信就不會(huì)再有疑問了。另外順便提下回?fù)p，回?fù)p在協(xié)議中一般會(huì)覆蓋到基頻的2倍，10GBase-KR插損回?fù)p的協(xié)議指標(biāo)就如下所示了。

當(dāng)然，對(duì)于大家都比較熟悉的東西，高速先生通常就一筆帶過了。當(dāng)然，上面的插損回?fù)p這些無源指標(biāo)都出自于IEEE的文檔中，不得不說，文檔的頁數(shù)是真的不少，所以我們有理由相信大家在找到插損回?fù)p指標(biāo)后就關(guān)閉它了。如果稍微有一點(diǎn)點(diǎn)恒心的話，其實(shí)這個(gè)10Gbps信號(hào)還有一個(gè)很重要的指標(biāo)，就是“ILD”了，指標(biāo)是這樣描述的：

ILD指標(biāo)，翻譯成中文可以叫做插損偏離度。高速先生幫大家理解下哈，其實(shí)它講的是在我們仿真得到某條高速設(shè)計(jì)鏈路的插損后，然后協(xié)議的算法會(huì)去做真實(shí)插損曲線的fitted曲線，所謂fitted曲線，其實(shí)就是算法根據(jù)實(shí)際得到的插損曲線通過幾個(gè)基本算法取平均值，得到的就是理想插損情況和真實(shí)插損情況的關(guān)系式。然后通過ILD指標(biāo)來表征他們之間的差距，協(xié)議要求這個(gè)差距必須在一個(gè)范圍內(nèi)，不能太大。

沒關(guān)系，大家也知道高速先生的作風(fēng)，一定會(huì)讓大家弄懂。我們來舉個(gè)例子哈，假設(shè)我們提取到某個(gè)實(shí)際設(shè)計(jì)鏈路的插損曲線是下面這樣的，是不是有一些自己做仿真的朋友也曾經(jīng)提取過這樣的參數(shù)呢？當(dāng)然大家第一反應(yīng)就覺得不是很好是吧，但是如果從插損的協(xié)議指標(biāo)來看，卻又是很輕松能滿足協(xié)議要求的。

那么這個(gè)時(shí)候可以用ILD指標(biāo)去卡，通過協(xié)議的算法就得到了上面這個(gè)真實(shí)鏈路的fitted曲線，就是下面紅色這條。

然后根據(jù)ILD的公式，用真實(shí)的插損曲線（藍(lán)色）減去fitted出來的理想插損曲線（紅色），就得到了ILD的結(jié)果：當(dāng)然你就可以和上面的ILD協(xié)議要求去對(duì)照了。還好，看起來也還在ILD協(xié)議要求范圍內(nèi)。

那到底這個(gè)ILD的指標(biāo)對(duì)信號(hào)質(zhì)量有多少的影響度呢？我們通過大家都覺得比較直觀的眼圖來介紹哈。

我們首先就比較真實(shí)的插損和fitted后的插損對(duì)眼圖的影響，用兩個(gè)插損S參數(shù)模型分別在10Gbps數(shù)據(jù)通道去跑眼圖，峰峰值為1V的發(fā)送信號(hào)。我們首先看看fitted插損的眼圖結(jié)果：還不錯(cuò)，眼圖有841mV，眼寬是98ps。

那么我們?cè)倏纯凑鎸?shí)插損參數(shù)的眼圖結(jié)果，大家猜猜是變好還是變差呢？

那必須是變差啊！都說了fitted走線是真實(shí)插損的理想情況了，眼圖結(jié)果如下：眼高居然只有710mV了，眼寬也減小了，只有97ps。

可惡！原來我們仿真出來的插損曲線和理想情況下的居然還真不小。可見這個(gè)ILD指標(biāo)還是有它本身的意義在里面。為了再證明下ILD指標(biāo)的重要性，我們?cè)偌右环N插損的case去仿真。按照上面說的，fitted曲線是真實(shí)插損的理想版，好是正常的。那么我們就加一種case，就是下面綠色的插損case。

紅色的fitted曲線比專業(yè)術(shù)語真實(shí)的藍(lán)色插損曲線的眼圖結(jié)果好了很好，那么有沒有可能并不是紅色的曲線好，而是藍(lán)色的真實(shí)鏈路插損差呢？那么我們就加了綠色的這條曲線，綠色曲線在所有頻段都比藍(lán)色的真實(shí)插損要差，尤其是高頻部分，多出一倍的損耗。如果像以前只按照插損的協(xié)議指標(biāo)去卡的話，綠色肯定比藍(lán)色要差很多很多。大家覺得用綠色的插損曲線去跑眼圖，結(jié)果會(huì)真的差很多很多嗎？

結(jié)果是下面這樣的：眼高655mV，眼寬93ps。

真出乎意料啊！肉眼可見大了一倍損耗的綠色曲線，居然并沒比真實(shí)的藍(lán)色插損曲線的眼圖結(jié)果差太多，這的確也再一次證明ILD這個(gè)指標(biāo)存在的意義，單單看插損指標(biāo)并不能很好的保證鏈路的信號(hào)質(zhì)量。最后總結(jié)一下，從插損的結(jié)果來看，現(xiàn)在大家知道了的插損曲線在不同頻率之間的波動(dòng)如果很大，那必然它的ILD指標(biāo)就不會(huì)很好，同時(shí)也會(huì)非常影響眼圖的性能。那么回歸到設(shè)計(jì)上，到底會(huì)有哪些設(shè)計(jì)問題導(dǎo)致ILD指標(biāo)比較差呢？沒錯(cuò)，大家又猜對(duì)了，這個(gè)就是高速先生留給大家的問題了哦！

問題：到底在高速信號(hào)PCB設(shè)計(jì)中，哪些設(shè)計(jì)問題可能會(huì)導(dǎo)致插損的ILD指標(biāo)變差呢？

審核編輯 黃宇