Câbles Flyover™ : incontournables, mais pas si simples

Les cartes multicouches FR4 sont généralement suffisantes pour la plupart des conceptions, mais comme l'a démontré Samtec lors de la conférence DesignCon 2019, les solutions d'interconnexion dernière génération, avec des signaux à 28 gigabits par secondes (Gbps) et au-delà, nécessitent un réexamen. Dans le cas de la solution de Samtec, un réacheminement complet des signaux peut être nécessaire à l'aide de câbles Flyover^TM qui éliminent entièrement les signaux du fond de panier, de la puce au connecteur hors système.

Le rôle des câbles Flyover est de faire en sorte que les limitations des cartes à circuit imprimé n'aient aucune incidence sur les signaux. À mesure que la vitesse de signalisation augmente, la constante diélectrique de la carte devient problématique et les pistes doivent être parfaitement formées et routées afin d'éviter toute diaphonie et tout couplage des signaux, et EMI/CEM. Dernièrement, l'évolution d'un codage NRZ vers une modulation PAM4 pour les fonds de panier de serveurs de pointe a grandement complexifié le respect des exigences en termes de gigue et de bruit pour toute longueur utile de la carte à circuit imprimé, malgré les avancées considérables dans le domaine de la caractérisation et de l'égalisation des canaux (Figure 1).

Figure 1 : Alors que la vitesse de signalisation augmente jusqu'à dépasser PAM4 (56 Gbits/s), les cartes à circuit imprimé deviennent plus coûteuses et moins fiables, et doivent donc être complétées par des câbles Flyover. (Source de l'image : Samtec Inc.)

Le concept Flyover a été élaboré par Samtec pour sa gamme FireFly^TM. Il implique la conception spécifique de câbles et de connecteurs destinés à gérer des signaux haute vitesse, puis le routage de ces câbles à la surface de la carte et à travers celle-ci. La réduction des exigences en matière de matériel et de spécifications permet de réaliser des économies sur les cartes à circuit imprimé, tout en offrant une flexibilité accrue aux interconnexions haute vitesse.

Lors de la conférence DesignCon, Samtec a présenté une connexion Flyover 112 Gbps depuis un circuit ASIC Credo Pelican II SERDES vers un connecteur de panneau avant (Figure 2).

Figure 2 : La démonstration du câble Flyover de Samtec à la conférence DesignCon, comprend une connexion de câbles (bleus) de 112 Gbps depuis un circuit ASIC vers une interface de panneau avant. (Source de l'image : TechWire International)

Au cœur de la technologie de câbles Flyover utilisée pour la démo se trouve la conception de câble Twinax à faible décalage et faible perte. À 28 GHz, cette conception présente une perte d'insertion ~13 dB plus faible qu'une conception de piste de circuit imprimé de fond de panier (Figure 3).

Figure 3 : Une comparaison entre le câble à faible perte et à faible décalage de Samtec et une conception de piste de circuit imprimé de fond de panier a démontré une perte d'insertion ~13 dB plus faible pour le câble Flyover Twinax à 28 GHz. (Source de l'image : Samtec Inc.)

Les résultats de la démo à la conférence DesignCon ont ensuite été présentés, et ils sont impressionnants (Figure 4).

Figure 4 : Le tracé de la perte d'insertion de la démo Flyover montre une perte de 15 dB à 28 GHz avec une modulation PAM4. Les amplitudes des signaux sont toutes supérieures à 125 mV. (Source de l'image : TechWire International)

La perte d'insertion de la démo Flyover montre une perte de 15 dB à 28 GHz avec une modulation PAM4. Les amplitudes des signaux sont toutes supérieures à 125 mV et le taux d'erreur sur les bits du système complet est de 705e-09 avant la correction d'erreur directe (FEC), ce qui est 4 à 5 fois mieux que la spécification.

Conception d'un câble Flyover

La démo à DesignCon utilisait 30,5 cm de câble Twinax 34 AWG Eye Speed à décalage ultrafaible (Figure 5). Cela dit, le fonctionnement d'une solution est parfois tout aussi intéressant que le résultat obtenu.

Figure 5 : Le câble Twinax de Samtec offre de nombreuses fonctionnalités permettant de garantir l'intégrité du signal jusqu'à 112 Gbps, comme démontré lors de la DesignCon 2019. (Source de l'image : Samtec Inc.)

Danny Boesing, Directeur du marketing produit chez Samtec, a affirmé que le câble Twinax pouvait acheminer des signaux plus rapides pour un calibre donné que n'importe quel autre câble sur le marché. Il a peut-être raison, mais le fonctionnement m'intéresse davantage.

Certaines fonctionnalités peuvent être attendues, comme une gaine extrudée haute température (car les serveurs peuvent chauffer), une barrière métallisée supplémentaire ainsi qu'un système de blindage « avancé » en alliage de cuivre situé sous les deux premiers éléments. Sous le blindage, les deux fils conducteurs sont enrobés dans un matériau éthylène-propylène fluoré (FEP) ou alcane akoxyperfluoré (PFA) à faible constante diélectrique (Dk). L'une des fonctionnalités de ces formules est le traitement par fusion.

Cependant, une grande partie de la « recette secrète » de Samtec réside dans ses conducteurs en cuivre plaqués argent. Je ne peux pas vous dévoiler l'intégralité des ingrédients (la recette demeure secrète), mais le terme « co-extrudé » est clairement mentionné dans la documentation de la société, ce qui peut mettre les curieux sur la piste.

Bien qu'elles puissent rester secrètes, certaines innovations semblent parfois être de bonnes idées, surtout une fois qu'on a compris leur fonctionnement. La recette secrète consiste souvent à mettre à exécution toute idée réalisable jusqu'à obtenir le meilleur produit possible. Dans ce cas précis, il s'agit de câbles haute vitesse.

Attendez-vous à de nouvelles annonces de Samtec concernant FireFly en raison des futures télécommunications par fibre optique. En attendant, voici un guide de conception d'applications FireFly destiné à vous aider à appréhender le concept Flyover dans le domaine optique.