Cavi Flyover™: inevitabili, ma complessi

La maggior parte dei progetti utilizza semplicemente delle schede multistrato FR4, ma, come mostrato da Samtec alla DesignCon 2019, le recentissime interconnessioni con segnali che viaggiano a 28 Gbps e oltre necessitano di una revisione. O, nel caso della soluzione di Samtec, di un completo reinstradamento dei segnali tramite cavi Flyover^TM che rimuovono del tutto i segnali dal backplane, dal chip al connettore esterno al sistema.

Il ruolo dei cavi Flyover è isolare i segnali dalle limitazioni delle schede a circuiti stampati. Più la velocità dei segnali aumenta, più la costante dielettrica di una scheda diventa un problema, e le tracce devono essere realizzate e instradate con estrema precisione per evitare EMI/EMC, l'accoppiamento e la diafonia dei segnali. Recentemente, il passaggio dall'encoding di modulazione NRZ a PAM4 per i backplane server del fronte iniziale ha reso molto difficile rispettare i requisiti di jitter e rumore elettronico in qualsiasi lunghezza utile della scheda CS, nonostante gli enormi passi avanti nella caratterizzazione ed equalizzazione dei canali (Figura 1).

Figura 1: Mano a mano che la velocità di trasmissione aumenta raggiungendo PAM4 (56 Gbit/s) e oltre, le schede CS diventano più costose e meno affidabili. Per questo si utilizzano i cavi Flyover per potenziarle. (Immagine per gentile concessione di Samtec Inc.)

Il concetto Flyover è stato ideato da Samtec per la propria linea FireFly^TM. Include la progettazione di cavi e connettori specifici per la gestione di segnali ad alta velocità e la loro stesura al di sopra della scheda. In questo modo, si riducono i costi delle schede CS riducendo i requisiti relativi ai materiali e alle specifiche, donando al contempo flessibilità alle interconnessioni ad alta velocità.

Durante la DesignCon, Samtec ha presentato una connessione Flyover a 112 Gbps da una Credo Pelican II SERDES ASIC a un connettore con pannello anteriore (Figura 2).

Figura 2: La dimostrazione del cavo Flyover di Samtec alla DesignCon era composta da una connessione via cavo (blu) a 112 Gbps da una ASIC a un'interfaccia a pannello anteriore, che passava sopra alle schede CS. (Immagine per gentile concessione di TechWire International)

Il cuore pulsante della tecnologia del cavo Flyover usato durante la dimostrazione è il progetto di cavi a basso skew e basse perdite. A 28°GHz presentano ~13 dB di perdita di inserzione in meno rispetto a un progetto di una traccia per una scheda CS backplane (Figura 3).

Figura 3: Un confronto tra il cavo a basso skew e basse perdite di Samtec e un progetto di una traccia per una scheda CS backplane mostra ~13 dB di perdita di inserzione in meno per il cavo Flyover Twinax a 28 GHz. (Immagine per gentile concessione di Samtec Inc.)

I risultati della dimostrazione data alla DesignCon ci sono, e sono notevoli (Figura 4).

Figura 4: Il grafico della perdita di inserzione della demo Flyover mostra una perdita di 15 dB a 28 GHz con una modulazione PAM4. Le altezze degli occhi sono tutte superiori a 125 millivolt (mV). (Immagine per gentile concessione di TechWire International)

Il grafico della perdita di inserzione della dimostrazione Flyover mostra una perdita di 15 dB a 28 GHz con una modulazione PAM4. Le altezze degli occhi sono tutte superiori a 125 mV e il tasso di errore dei bit dell'intero sistema è pari a 7,05e-09 prima della rilevazione e correzione degli errori a valle (FEC), che è superiore a 4 - 5 ordini di grandezza rispetto alle specifiche.

Struttura del cavo Flyover

La dimostrazione effettuata alla DesignCon utilizzava 30,48 cm di cavo Twinax a skew bassissimo con velocità occhio pari a 34 AWG (Figura 5). Tuttavia, a volte il modo in cui funziona una soluzione è tanto interessante quanto il suo compito.

Figura 5: Il cavo Twinax di Samtec possiede molte caratteristiche per garantire l'integrità di segnale fino a 112 Gbps, come dimostrato durante la DesignCon 2019. (Immagine per gentile concessione di Samtec Inc.)

Danny Boesing, direttore di marketing prodotti presso Samtec, ha affermato che il cavo Twinax è in grado di portare segnali più rapidamente per un dato AWG rispetto ai prodotti concorrenti. Avrà anche ragione, ma a me interessava anche capire come funzionasse.

Il cavo presenta alcune caratteristiche prevedibili, come una guaina estrusa ad alte temperature (i server possono raggiungere temperature piuttosto alte), un'ulteriore barriera metallizzata e, sotto tutto questo, una schermatura in lega di rame "avanzata". Sotto la schermatura, i due fili conduttori sono avvolti in etilene polipropilene fluorurato (FEP) o in perfluoroalcossi alcano (PFA) a bassa costante dielettrica (Dk). Una delle caratteristiche di questi materiali è che possono essere modellati dopo la fusione.

Tuttavia, buona parte della "ricetta segreta" di Samtec è costituita dai conduttori in rame placcati in argento. Non posso entrare nei dettagli, in quanto è ancora un segreto, ma il termine "co-estruso" compare all'interno della letteratura dell'azienda, un indizio interessante per i curiosi.

Ma, anche se è ancora un segreto, talvolta una novità può sembrare una buona idea già al primo sguardo, per non parlare poi di quando si scopre come funziona. Spesso la ricetta segreta si trova solo provando tutte le idee papabili per realizzare il miglior prodotto possibile. Come, in questo caso, i cavi ad alta velocità.

Possiamo di certo aspettarci altri annunci FireFly da parte di Samtec per quanto riguarda l'uso della fibra ottica nelle comunicazioni (OFC). Nel frattempo, potete dare un'occhiata alla guida alla progettazione per l'applicazione di FireFly per muovere i primi passi con il concetto Flyover nel mondo della fibra ottica.