Samtec Signalqualität für HP-Systemdesign

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Die Signalqualität von Samtec für ein Hochleistungs-Systemdesign (HP) gewährleistet eine Signalübertragung mit ausreichender Qualität für eine effektive Kommunikation. Die Signalqualität gilt für Basisbandsignale, die über Verbindungen wie z. B. Kabel, PCB-Leiterbahnen oder Übertragungsleitungen verwendet werden. Für Hochleistungssysteme der nächsten Generation sind Verbindungslösungen erforderlich, die Spitzengeschwindigkeiten unterstützen. Faktoren, wie z. B. Nebensignaleffekt, Rückflussdämpfung, Einfügungsdämpfung und elektromagnetische Störung (EMI) können die optimale Verbindungslösung für eine bestimmte Applikation erheblich bestimmen. Die Signalqualität für ein Hochleistungs-Systemdesign muss verschiedene Herausforderungen meistern, unter anderem auch die Dämpfung entlang des Signalpfads.

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Hochgeschwindigkeitsverbindungen im Rechenzentrum und in der Rechenumgebung haben zwei Spannungsebenen verwendet, die als Rückschlag auf Null (NRZ) oder Pulsamplitudenmodulationen auf 2 Ebenen (PAM2) bezeichnet werden. Hier steht Niederspannung für Binär 0 und Hochspannung für Binär 1.

S-Parameter sind ein einheitlicher Satz von Leistungsmerkmalen im Frequenzbereich, die zur vollständigen Definition der Eigenschaften eines elektrischen Geräts verwendet werden können. S-Parameter können aus einer Simulation erzeugt oder mit einem Vektor Network Analyzer (VNA) gemessen werden. Die Anzahl der Anschlüsse bestimmt die Anzahl der verfügbaren S-Parameter für die Charakterisierung eines bestimmten elektrischen Bauelementes. S-Parameter-Modelle können zur Erstellung von Leistungsdiagrammen verwendet werden, dabei können zahlreiche SI-Merkmale extrahiert werden, einschließlich Einfügedämpfung, Rückflussdämpfung und Nebensignaleffekte.

Die Analyse im Zeitbereich zeigt das relevante Verhalten einer Verbindung und ist spezifisch für eine gegebene Datenrate. Die Zeitbereichsanalyse bietet eine räumliche Auflösung und kann über das Verhalten an jedem Ort in der gesamten Topologie informieren.

Die Impedanz (Ω) ist ein Maß für das Verhalten der Verbindung. Sie wird durch die Oberfläche des Signal- und des Referenzleiters, den Abstand zwischen ihnen und die dielektrischen Eigenschaften des Materials beeinflusst.

Die Ausbreitungsverzögerung ist die Zeit, die ein Signal benötigt, um sich durch einen Verbindungspfad auszubreiten, und Skew ist der Unterschied in der Ausbreitungsverzögerung zwischen mehreren Drähten.

Die Anstiegszeit ist die Geschwindigkeit, mit der ein Signal von einem niedrigen zu einem hohen Wert wechselt, und wird in der Regel zwischen 10 und 90 % (oder 20 und 80 %) des gesamten Spannungsbereichs definiert. Dispersion ist die Streuung des Signals aufgrund von Änderungen der Ausbreitungsverzögerung über die Frequenzen in den PCB-Dielektrika.

Vor der Entwicklung eines physischen Prototyps ist eine Bewertung der SI-Leistung des gesamten Kanaldesigns während der Systemdesignphase erforderlich. Zur Unterstützung dieser Bewertung auf Systemebene benötigt ein Entwicklungsteam elektrische Simulationsmodelle, in der Regel S-Parameter, sowie ein bestimmtes physikalisches Protokoll und eine erwartete Topologie, um eine Kanalsimulation durchzuführen. Die Kanalsimulation erfordert Produktaugendiagramme, Ergebnisse der Channel Operating Margin (COM) oder des Bit Error-Verhältnisses (BER).

Ein Augendiagramm ist eine Charakterisierung der Leistung auf Systemebene. Augenmuster werden erzeugt, indem kontinuierliche Datenströme von einem Sender zu einem Empfänger gesendet und die empfangenen Bits übereinander gelegt werden. Im Laufe der Zeit entwickeln sich die empfangenen Daten, um einem Auge zu ähneln.

COM ist eine Gütezahl für einen Kanal, der aus der Messung der Streuparameter abgeleitet wird. Sie bezieht sich auf das Verhältnis einer berechneten Signalamplitude zu einer berechneten Rauschamplitude an einem Empfängereingang.

Signale mit offenem Pin-Feld bieten die beeindruckende Flexibilität, überall Signale, Erdungen oder Stromversorgung zu platzieren. Eine Auswahl mit zugewiesenen Signalen hat in der Regel eine bessere SI-Leistung aufgrund von speziell entwickelten Massestrukturen. Kabelsteckverbinder können auch Positionen zugewiesen werden, um die Twinax-Erdungsabschirmung ordnungsgemäß anzuschließen. Viele Parameter, die für die Leistung von Hochgeschwindigkeitssteckverbindern entscheidend sind, variieren je nach Anschlussbelegung und Formfaktor erheblich. Ein Steckverbinder mit offenem Pin-Feld hat ein besseres Nebensignaleffektverhalten, wenn zwei Erdungen zwischen den Signalen liegen (SSGGSS), als wenn nur eine Erdung vorhanden ist (SSGSS).

Ein Design mit kleinerem Abstand kann die Systemplatzierung aufgrund der größeren Dichte begünstigen; die Leistung könnte jedoch reduziert werden, da aufgrund der Nähe ein höheres Nebensignal auftritt. Dies ist aufgrund innovativer Designs nicht immer der Fall, so dass es wichtig ist, sich auf SI-Charakterisierungsberichte zu beziehen, um die besten Entscheidungen zu treffen.