高速串行协议之10GBASE-KR

shuszhao

随着电子通信技术的发展，信号传输的速率已经越来越快，目前总线带宽已经发展到100Gbps/400Gbps,正在向1000Gbps带宽迈进。XAUI/XLAUI，SFP+，PCIE,SATA,QPI等都属于串行总线，传输距离较短，板内走线一般局限在50cm以下。对于ATCA架构的高性能计算平台，由于需要很长背板走线，因此IEEE在2007年发布了802.3ap标准，此标准提出Backplane Ethernet概念，通常也把此标准叫做背板以太网接口标准。
在背板接口标准中（802.3ap），10G背板目前存在并行和串行两种版本。并行（10GBASE-KX4)将10G信号拆分为4条通道，每条通道的速率都是3.125Gb/s（类似于XAUI）。串行（10GBASE-KR）定义了一条通道，采用64b66b编码方式，速率为10.3125Gb/s。目前对于总带宽有较高需求或者需要解决走线密集度过高的背板，许多芯片供应商提供SerDes芯片均采用10GBASE-KR解决方案。


10GBASE-KR主要用于背板应用，如刀片服务器、路由器和交换机的集群线路卡等，其中K代表背板，R代表64/66B编码，10G则代表通信速率，作为信号完整性工程师来，主要关注的协议要求如下。


1、差分阻抗要求：100ohm；
2、编码方式：64b66b;
3、测试码型：PRBS11;
4、通道无源要求：Fa、IL、RL、ILD、ICR、PSXT。
   
而无源要求这块又分为Tx、Rx及Interconnect Channel，在此我们重点关注Interconnect Channel，协议定义如下。


IL：Insertion Loss即我们熟知的插入损耗。

                               
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RL:Retrun Loss即我们熟知的回损，又叫回波损耗。

                               
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Fa: Fitted attenuation,也叫损耗的均方，公式比较复杂。

                               
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ILD: Insertion Loss Deviation即插损的偏差，插损与Fa的差值也即对插损曲线波动的要求。


The insertion loss deviation is the difference between the insertion loss and the fitted attenuation.   ILD (f) = IL(f) – A(f)
  

                               
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ICR: Insertion loss to Crosstalk ratio即插损串扰比，对插损与串扰的要求。

                               
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PSXT: Power sum differential Crosstalk即总体差分串扰

                               
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这些要求有对应的计算公式，将公式编入软件里面就能作为规范曲线，此外协议也有对应的Matlab规范插件，将通道S参数输入后就可以得到通道的判断结果，如下结果所示。

                               
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