Flyover™-kabels: onvermijdelijk maar niet makkelijk

De meeste ontwerpen werken prima met FR4 meerlaags printplaten, maar zoals Samtec liet zien op de DesignCon 2019, hebben geavanceerde interconnects die signalen uitvoeren met 28 gigabit per seconde (Gbps) en meer een heroverweging nodig. Of, in het geval van de oplossing van Samtec, een complete rerouting van de signalen met Flyover^TM-kabels die de signalen helemaal van de backplane verwijderen, van chip tot off-system connector.

De rol van Flyover-kabels is om signalen te isoleren van de beperkingen van printplaten (pc-kaarten). Naarmate de signaleringssnelheden toenemen, wordt de diëlektrische constante van de plaat een probleem en moeten de sporen perfect zijn gevormd en geleid om EMI/EMC en signaalkoppeling en overspraak te voorkomen. Onlangs heeft de overgang van NRZ- naar PAM4-modulatiecodering voor geavanceerde server-backplanes het extreem moeilijk gemaakt om te voldoen aan de eisen aan jitter en ruis op nuttige lengtes van printplaten, ondanks de enorme voordelen op het gebied van kanaalkarakterisering en equalisatie (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: Als de signaleringssnelheden toenemen tot PAM4 (56 Gbits/s) en meer, worden de printplaten duur en minder betrouwbaar en dus worden ze versterkt met Flyover-kabels. (Bron afbeelding: Samtec Inc.)

Het Flyover-concept is door Samtec ontwikkeld voor zijn FireFly^TM-lijn. Hiervoor worden specifieke kabels en connectors voor het verwerken van hogesnelheidssignalen ontwikkeld, die vervolgens boven en over de printplaat worden geleid. Dit bespaart kosten op printplaten, door hun materiaal- en specificatie-eisen te verminderen terwijl er letterlijk flexibiliteit wordt toegevoegd aan hogesnelheids-interconnects.

Op de DesignCon liet Samtec een Flyover-verbinding van 112 Gbps zien van een Credo Pelican II SERDES ASIC naar een voorpaneelconnector (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: De Flyover-demonstratie van Samtec op de DesignCon omvatte een kabelverbinding van 112 Gbps (blauw) van een ASIC naar een voorpaneelconnectorinterface, die direct over de onderliggende printplaten liep. (Bron afbeelding: TechWire International)

Het hart van de Flyover-kabeltechnologie van de demo is het Twinax-kabelontwerp met weinig asymmetrische vertraging en een gering verlies. Met 28 gigahertz (GHz) heeft het ~13 dB minder invoegverlies vergeleken met het sporenontwerp van een backplane-printplaat (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: Een vergelijking van de kabel van Samtec met weinig asymmetrische vertraging en een gering verlies met een sporenontwerp van een backplane-printplaat geeft een ~13 dB lager invoegverlies voor de Twinax-Flyoverkabel bij 28 GHz. (Bron afbeelding: Samtec Inc.)

De resultaten van de demo op de DesignCon worden getoond, en ze zijn indrukwekkend (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: De invoegverliesgrafiek van de Flyover-demo toont 15 dB verlies bij 28 GHz met PAM4-modulatie. De oogopeningen zijn allemaal groter dan 125 millivolt (mV). (Bron afbeelding: TechWire International)

De invoegverliesgrafiek van de Flyover-demo toont 15 dB verlies bij 28 GHz met PAM4-modulatie. De oogopeningen zijn allemaal groter dan 125 mV en de bit/errorverhouding van het hele systeem is 7.05e-09 pre-voorwaartse-foutcorrectie (forward error correction, FEC), wat 4 - 5 ordes van grootte beter is dan de specificaties.

Flyover-kabelontwerp

In de DesignCon-demo werd 12 inch 34 AWG Eye Speed Twinax-kabel met ultralage asymmetrische vertraging gebruikt (Afbeelding 5). Soms is het echter net zo interessant om te weten hoe een oplossing werkt als wat hij doet.

Afbeelding 5: De Twinax-kabel van Samtec heeft veel functies om signaalintegriteit te garanderen tot 112 Gbps, zoals werd gedemonstreerd op de DesignCon 2019. (Bron afbeelding: Samtec Inc.)

In het gesprek met Danny Boesing, product marketing director van Samtec, beweerde hij dat de Twinax voor een gegeven AWG snellere signalen kan dragen dan welke andere kabel dan ook. Hij kan gelijk hebben, maar ik was minstens zo nieuwsgierig naar hoe het werkte.

Er zijn een paar functies die je kan verwachten, zoals een hittebestendige geëxtrudeerde kabelmantel (die servers kunnen heet worden), een extra gemetalliseerde barrière en daaronder een "geavanceerde" koperlegering afscherming. Onder de afscherming zijn de twee geleidende draden gevat in een gefluoreerd ethyleen polypropyleen- (FEP) of perfluoralkoxyalkanen (PFA)-materiaal met lage diëlektrische constante (Dk). Een van de functies van die formules is dat ze geschikt zijn voor smeltverwerking.

Een groot gedeelte van het geheim van Samtec ligt echter in de verzilverde koperen geleiders. Ik kan niet vertellen wat het precies is (omdat het nog geheim is), maar de term "gecoëxtrudeerd" wordt duidelijk vermeld in de bedrijfsdocumenten, waardoor de nieuwsgierigen in de juiste richting worden gewezen.

Hoewel het nog een geheim is, lijken innovaties soms gewoon een goed idee, met name nadat je hebt uitgevonden hoe ze werken. Vaak is het geheim gewoon een kwestie van ieder werkbaar idee uitvoeren om tot het best mogelijke product te komen. In dit geval zijn dat toevallig hogesnelheidskabels.

Je kunt meer FireFly-aankondigingen van Samtec verwachten nu de Optical Fiber in Communications (OFC) eraan komt. In de tussentijd is dit een ontwerpgids voor FireFly-toepassing, die je helpt om aan de slag te gaan met het Flyover-concept in het optische domein.