光电共封装技术即将来临
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系统级封装的进展为支持下一代设备所需的高速提供了一个路线图。 当112G成为现实时，光电共封装能提供最好的信号完整性。 自从多千兆位信号出现以来，设计工程师一直在努力寻找方法，尽量减少通过嵌入在PCB层压板材料中的铜痕迹进行高速信号传输的负面影响。
确保信号完整性(SI)需要设计能够可接受误码率(BER)的一定距离内传递可识别信号的电路。包括衰减，前/后串扰，倾斜，抖动，反射，开关噪声，符号间干扰，和信号质量的回程损耗等因素，对信号完整性的影响程度随信号速度和信道长度的增加而增加。
为了应对这些挑战，工程师们采取了多种策略。增加层数来专门用于信号隔离的层。通过孔变得更小并反钻，尽量减少存留痕迹。 标准环氧板材料更换为高性能层板。 升级的FR-4PC B层压板材料可提供较低的损耗，通过降低介电常数(DK)和耗散因子(DF)，改善机械和热性能。铜表面粗糙度以及层压板的吸湿被认为是信号损失的来源。 即使PCB基板的玻璃组织中微小不一致也会降低高速信号。 更多的特殊层压板材料，如MEGTRON6和新的MEGTRON7，已经成为高端性能的标准使用，但它们的成本显著增加。
随着数据速率需求接近并超过112Gb/sPAM4，开发人员面临着在功耗、信号完整性、成本的平衡，以及不断增加的容量、可伸缩性和密度需求等方面的挑战。 为了达到这些速度，设计师通常不得不使用具有较低介电常数和耗散因子的特殊板层压板材料。 然而，这些材料比较昂贵，即使有这些特殊材料，板上的痕迹长度仍然相对较短。 正如上面Samtec的图表所示，即使使用昂贵的高速PCB材料，路径距离改变仍然不大。 随着带宽的增加，损耗和失真程度可能变得不可接受。设计人员开始大量减少高速通道的最大实际长度，这取决于最好的PCB层压板和设计的特点。 最近的一种解决方案是将最高速度信号从板中输出，通过屏蔽双轴电缆在PCB表面“飞过”。屏蔽双轴电缆的损耗和噪声特性远低于通过PCB里路径。信号发射尽可能靠近源，如ASIC、SERDES或处理器芯片。这些电缆可以终止到同一PCB上的另一个位置，也可以直接连接到输入/输出面板。
Samtec的FireFly™ Micro Flyover System™已经扩展到各种板对板和板对I/O互连，包括板到QSFP连接器。 目前的技术路线图涵盖56GB/s到112GB/s运行的通道。 这样速率，设计师将面临极大的挑战。 与使用嵌入在PCB或双轴电缆中的铜路径相比，设计人员可以选择通过光纤传输高速信号。 中板光发射机将高速信号转换为光脉冲，可定向传输到板上的另一个位置或I/O面板。 在ASIC或交换机附近定位光收发器，在增加信道到达的同时，将损耗的PCB跟踪长度降低到最小。 光纤可以配置各种微型光纤连接器，显著提高I/O面板密度。 多个组织已经定义了系统选项的进展，这些选项为支持下一代设备提供了路线图。 从目前的PCB路径延伸到I/O，中板光学发动机显着地减少铜径损耗。 最终解决方案可能是将光学直接集成到开关芯片中。
光学I/O线卡实现的发展，图中显示四代增加带宽选项。 |
