高速背板设计考虑和创新解决方案分析.doc

高速背板设计考虑和创新解决方案分析.doc高速背板设计考虑和创新解决方案分析
高速背板设计者面临信号衰减、符号间干扰(ISI)及串扰等几项主要挑 战。具有创新信号调整技术的芯片产品(如高速背板接口解决方案)可 有效解决这些系统级难题，使系统厂商能为其客户提供高性能及可升 级的系统，并减少开发时间及成本。
路由器、以太网交换机及存储子系统等基于模块化机箱的系统中，高 速背板要求有高等级的信号完整性及更高的系统吞吐量。面向这些应
用的系统供应商为了用一种经济且及时的方式来设计这些高速背板， 正面临众多挑战。他们还必须保护其客户在原有线卡、机箱及电源上 的投资，同时还必须支持更高的性能及提供更新的服务。
今天，一些系统中的背板正采用5Gbps或更高速的串行链路技术运 行。为设计能以这种速率工作的高可靠系统，要求芯片厂商提供确保 在背板中进行无错误传输的解决方案。本文将阐述基于模块化机箱系 统中的高速背板及其设计挑战，同时将讨论能解决这些挑战的芯片解 决方案。
基于模块化机箱的系统实例
像核心路由器、企业级交换机及存储子系统等模块化机箱系统，全都 拥有高速背板及多个线卡。通过增加更多的线卡以及提高线卡端口密 度，可提高系统性能及容量。这些系统均为模块化，可独立进行扩展。 它们还被设计成具有高可用性以确保连续运行。
这些系统由含有冗余开关卡、线卡及电源模块的插槽组成。它们可配 备冗余组件来增加安装的可靠性及可用性。图1为一种典型的基于模 块化机箱的系统配置。背板接口解决方案（亦称为高速串行连接）提供 高速背板间的全双工通信。串行连接器件的速度取决于系统吞吐量要 求。串行连接通过高速差分信号来传输数据。然后此差分信号又通过 线卡及连接器路由，穿过背板并经过另一组高密度连接器。其信道特 征取决于背板材料、连接器密度、走线宽度/耦合等。在典型的路由 器中，根据线卡插入这些走线中的位置，走线长度可在1英寸至48 英寸范围内。
这些模块化机箱系统中的背板接口器件具有以下一些关键要求:
提高速度：接口器件应能满足系统设计者不断提高的带宽要求。
- 的样品，以实现对现有背板中的解决方案进行升级。通过简单的开关 卡升级，系统厂商可再利用现有机箱及线卡，同时提供一种向更高带 宽线卡的升级途径，以低成本来为客户提供更多的服务；
后向兼容性：背板接口器件要求能以原有线卡速度工作，以便与 原有线卡兼容；
高密度及低功耗：为应付日益增加的网络流量，这些系统需要更 小的占位面积及更高的性能和密度，且不会额外增加的功耗。因此对 功耗更低、速度更快的背板器件的需求始终存在。
可制造性及可测试性：背板接口器件需要整合JTAG及BIST等 功能，来实现原型创建及制造期间的芯片级和系统级测试。
高速背板设计考虑
随着数据速率超出lGbps水平，设计人员必须解决其背板系统设计中 的新问题。这些背板的信号完整性受趋肤效应、介电损耗、串扰引起 的更大噪声以及符号间干扰(ISI)等因素的影响。
趋肤效应是这样一种现象，即随着频率的增加，大部分电流将集中于 外部导体上。由趋肤效应所引起的损耗与频率的平方根、走线的宽度 和高度成正比。介电损耗是由板电介质热损耗所引起，且随频率线 性增加。在较高频率上，介电损耗便成为一个较严