Samtec 白皮书 | Flyover^@电缆系列中篇

【摘要/前言】

本白皮书包含了实测数据和示例，解释了为什么在高速设计中，电缆解决方案可能更好。它还探讨了诸如电缆管理和成本等方面的问题。

上篇中，我们了解了电缆性能和与PCB的对比。本系列的中篇将讨论电缆如何改善热管理、如何利用Flyover^®优化设计等实践话题。

【电缆如何降低设计复杂性】   

如之前所述，高速PCB传输线路，例如传输PCle^®或以太网信号的线路，会受到纤维编织skew的影响。减轻纤维编织skew的传统方法之一是使用CDR或重定时器来提高信号完整性。

当信号在PCB上的传输线路上传播时，会受到噪声和其他信号的影响，经过通孔或绕过拐角，这些几何变化会引入skew（使差分对的P和N变得不同步）。简而言之，CDR在信号通过PCB时纠正信号。

此外，CDR还具有一些均衡特性，可以改善信号强度（以弥补损耗）。但信号一旦离开CDR电路，它容易再次受到skew、噪声和干扰的影响。此外，将CDR添加到设计中会增加成本、复杂性、空间占用、功耗、热效应和热量。相比之下，Flyover®电缆是一种被动解决方案，因此不会产生热量，也不需要电源。

另外，CDR还可能会给系统增加几纳秒的延迟，具体取决于芯片，这在对时间敏感的关键任务应用中可能非常重要。值得注意的是，PAM4增加了信号清理的复杂性，进而可能造成更多的延迟。由于电缆具有较好的电介质特性，使用Flyover^®电缆的设计在延迟方面明显优于使用PCB或带有CDR的PCB的设计。此外，将信号传输线路移至电路板外可以减少PCB堆叠的层数，从而降低成本和复杂性，我们后续将对此进行详细讨论。

【电缆如何改善热管理 】 

Flyover^®电缆可以极大增加设计灵活性，允许设计人员将电路板、芯片和组件放置在最佳位置，以减少热效应并最大程度地提高性能。图5显示了PAM4 56 Gbps交换机开发早期的典型电信网络交换机设计，图中比较了使用传统PCB传输线的真实原型（左）和使用 Samtec Flyover®技术重新设计的版本（右）。系统在顶部和底部QSFP-DD前端口之间形成1m无源DACS环路。 

图 5：通过使用Flyover^®技术（右）重新设计网络交换机（左），设计人员在热管理方面取得了显著的改善。

在图5中，值得注意的是，采用18英寸电缆的Flyover^®设计后，FPGA芯片已经被移至箱体的后方，这极大地影响了机箱内的热量，包括前面板上的光学组件（这样做有望提高光学组件的使用寿命，并减少维护需求）。

随着系统数据速率的提升，ASIC上的端口数量将会增加。这将导致系统产生更多热量，因此热管理变得更加重要。像这样的高吞吐量系统可以轻松消散1,000瓦或以上的热量。将产生热量的组件策略性地放置在系统中较冷的区域，对信号完整性、成本、功耗、产品寿命和热管理都会产生显著影响。

【如何利用Flyover^®电缆提高设计灵活性？】

除了改善热条件和信号完整性外，Flyover^®电缆还提供了将组件放置在最佳位置的灵活性，以简化装配并提高可维护性。

例如，若设计中存在堆叠配置或需要在不同平面上放置端口，则可使用Flyover®电缆轻松实现，并确保信号完整性最佳。这种方法还有助于应对机械公差，因为电缆允许在系统中进行更多移动，PCB则不然。

在模块化系统中，可使用较小的子卡处理需要维修的组件。例如，系统可能包含一个带有高端FPGA ASIC的复杂子卡。设计人员可将Flyover^®电缆连接到光学端口，一切都插入到更简单的子卡中。因此，若复杂电路出现故障，维修人员无需拔下光学部件，只需更换处理子卡即可。

Flyover^®系统还可在前端口选择方面提供灵活性，设计人员无需考虑PCB的不同skew。举例来说，系统设计人员可能在一个系统中需要QSFP端口，在另一个系统中需要SFP端口，但两个系统所使用的基本交换机或计算卡是相同的。采用模块化方法的Flyover^®电缆允许设计人员在不影响PCB上的高速设计的情况下更换端口类型。这降低了成本、生产复杂性和设计时间。通过Flyover^®解决方案，设计人员可以灵活连接芯片到芯片、芯片到背板和/或芯片到端口，同时保持最佳的信号完整性和散热优化。Samtec提供多种端接选项，包括低轮廓、密集、盲插或行业标准。

【 小 结】     

本文为系列中篇，详细探讨了电缆如何降低设计复杂性、电缆如何改善热管理、如何利用Flyover^®优化设计灵活性。如果您对中篇的内容还意犹未尽，请联系我们下一期，我们将带来关于Samtec Flyover^®电缆系统更详细的设计思路以及对应的技术支持和卓越服务。