高速先生成員--周偉

關於光（guāng）模塊的仿真，從（cóng）10GE到1.6TE的光模塊其實我（wǒ）們都有仿過，很多客戶一開始的需求都是希望能看下眼圖，但經（jīng）過我們解釋後，最後還是同（tóng）意（yì）按照協議進行無源（yuán）仿真，今天我們就來聊聊為什麽（me）隻仿真無源而（ér）不去仿真有源看眼（yǎn）圖的方式吧。

如下是我們其中（zhōng）一個1.6T光模塊的部分設計線路圖（tú），這些高速信號（hào）的線路又被分成了兩部分：一（yī）部分是從（cóng）OSFP金手指到中間的DSP芯片，分別由8對TX和8對RX組成（chéng），每對200/224Gbps的速率構成了收發1.6TE的通道；另一（yī）部分就是從芯片到TOSA和ROSA接（jiē）口焊盤，也是由8對TX和8對RX構成，每對也（yě）是200/224Gbps的速率。金手指到DSP芯片部分是有協議損耗要求的，而後一部分協議上沒有定義相（xiàng）關的（de）電氣要求。

初看起來好像和400GE、800GE的光（guāng）模塊（kuài）都是（shì）一（yī）樣的（de）套路，看不出難（nán）度在哪裏，但再一細看，難度就不是一個級別了，最主要的難度就是中間芯片的Pitch（芯片焊盤中（zhōng）心間距）隻有0.15mm，如下圖所示。

 這麽小間距的Pitch要怎麽出線呢？而且還是差分走線，這就對設（shè）計來說難度（dù）和考驗都很（hěn）大。這麽小間距的設計一（yī）般就（jiù）需（xū）要用到mSAP工（gōng）藝和任意階HDI設計了，這種工藝介於芯片封裝基板和PCB板之間，後麵（miàn）大家感興（xìng）趣的話可以讓（ràng）咱們的東哥來介紹一下，今天我們先跳過，隻（zhī）要知道有這（zhè）個（gè）工藝即可（kě），來看看我們的走線線寬就知道為什麽不能（néng）用普通的工藝（yì）了，就問差分線2.1mil的（de）線寬，2.8mil的間距，普通PCB生產（chǎn）工（gōng）藝能生產嗎？

這時候可能就有人要問了，設計難度可以理（lǐ）解，那這種1.6T光模塊（kuài）的仿真（zhēn）有什麽難點呢？

其實相對於仿真來說，設計是簡單的，設（shè）計隻要保證連通性就好了，簡單來說就是隻要能順利把線走出來（lái）就成功了一半，難的是除了（le）線走出來，還要能保證信號質量，這個就必須通（tōng）過仿真來保障了。前（qián）麵說（shuō）了1.6TE光模塊的信號（hào）速率最高是224Gbps，當然是（shì）PAM4編碼的（de），那麽它（tā）的基頻就（jiù）到了56GHz了，頻率越高，仿真難度就越大（dà），後麵的（de）線損也很大，一點點差異都會影響到最終的性能，如材料的選擇，不同層的出（chū）線和過（guò）孔（kǒng）優（yōu）化方（fāng）式等；普通的通孔設計在頻率不是太高（gāo）的時候（hòu）過孔特性（xìng）差異不是很大，但到了30GHz甚至50GHz以後，再疊加任意階HDI的過孔，不同層的過孔就需要單獨進行仿真，還有金手指處的焊盤也需要特殊優化，我們會（huì）加上連接器的3D模型來模擬真實插上連接（jiē）器時（shí）的特性，這樣和（hé）實（shí）際情況更接近（jìn），仿真也更準確；所（suǒ）有的這些操作帶來（lái）的後果就是工（gōng）作量變大，需要的仿真時間更多了。

那為（wéi）什麽光模塊的仿真很多隻仿真無源而很少仿真（zhēn）有源眼圖和誤碼率呢？這確實是很多人（rén）關心的話題。首先我們來看看光模塊VSR協議的無源要求吧，如下圖是OIF-CEI-5.1協議上摘抄的關於112G-VSR-PAM4對於PCB通道的參考模型及損耗要求。

協議（yì）上麵對於無源插損的要求比較明確（què），Host主板上的損耗最大是12dB，連接（jiē）器的損耗最大2dB，光模塊及電容的損耗最大2dB，總共係統16dB的（de）損耗，一般來說隻要PCB板級能滿足這個（gè）損耗要求（qiú）就已經符合協議的指標了，剩下的就是芯片的事啦（不排除有部分芯片性能比較差的可能）。

對於仿（fǎng）真來說，在沒有芯片ami模型的情（qíng）況（kuàng）下，我們就隻需要保證PCB板級的損耗符合上麵的協議要求即可，一般（bān）這個無源損耗的指標會比較嚴格，隻要這個無源損耗滿足了，當然還有其他的指標如回損（sǔn）、模態及串擾等指標也要滿足，那（nà）麽（me）大部分的芯片（piàn）都是可（kě）以正常工作的，因為芯片的性能也（yě）要按照協議的指標要求（qiú）來，大家都要在這個協議的框架下工作，任何環節都不能脫離這個協議框架，否則那就沒得玩了，這就（jiù）是有（yǒu）協議的好處。

無源仿真就相對簡單很多，隻要有PCB設計（jì）文件，疊層和材料信息就可以開始建模仿真優化了，隻要仿真方法（fǎ）得（dé）當，材料信息準確，那麽無源仿真（zhēn）出來的結果（guǒ）就能作為（wéi）判斷依據；但（dàn）有源仿（fǎng）真就會複雜很多，需（xū）要有係統的所有信息，如主板Host和光模（mó）塊上芯片（piàn）的ami模型，連接器的3D及S參數模型（xíng），主板Host和光模塊上的（de）走線情況（如S參數模型，PCB文（wén）件（jiàn）及疊層信息等）。很多時候如果不是做係統的廠家，很少能全部集齊這些模型，如做（zuò）主板Host端的，就很難拿到光模塊部分廠（chǎng）家的（de）資料，因為主板Host還要（yào）兼容各個廠家的光（guāng）模塊；而做光模塊端的，則沒有主板Host端的資料，同（tóng）時（shí）他們也不僅僅隻特供給某（mǒu）一家（jiā）主機Host端，所以（yǐ）要搭配一起做係統仿真就比較困難。現在協議既然有無源分段的（de）指標要求，那麽就按照“鐵路工人各管一段”的原則，大家各自管好自己部分的損耗要求（qiú），那麽合在一（yī）起也是可以滿足的，這就是（shì）前麵說了大家都要在這個協議的框架下工作。好了，希望下（xià）次不會再有人讓我們進行係統的有源仿真了，除非本身是做Host和光（guāng）模塊整個係統的，有係統的資料可以提供一起來仿真。