Flyover™ 纜線：勢在必行，但不容易

大多數設計只要 FR4 多層板就足以運作，但看到 Samtec 在 DesignCon 2019 大會上所展示的尖端互連，能以每秒超過 28 Gbps 的速率傳輸訊號，讓人有新的想法。或者像 Samtec 的解決方案，使用 Flyover^TM 纜線重新佈線，將訊號從晶片移到系統外連接器，完全將其從背板上移除。

Flyover 纜線的作用是讓訊號擺脫印刷電路板 (PC 板) 的限制。電路板的介電常數會因為訊號傳輸速度的增加成為問題：走線需要調整形狀並完美地佈線，才能避免 EMI/EMC 以及訊號耦合與串音問題。近來，雖然通道的特徵化和等化技術有了大幅進步，但尖端伺服器背板的調變編碼從 NRZ 轉為 PAM4，這使得要在任何有效長度的 PC 板上滿足抖動與雜訊需求，變得非常困難 (圖 1)。

圖 1：隨著訊號傳輸速率提升至 PAM4 (56 Gbit/s) 以上，PC 板的成本上升且可靠度下降，而使用 Flyover 纜線可以進行補強。(圖片來源：Samtec Inc.)

Flyover 的概念是由 Samtec 針對 FireFly^TM 系列所發想 。這個概念涉及到設計專門用來處理高速訊號的纜線與連接器，以及在電路板上佈設這些纜線。這不僅能降低對電路板材料和規格的要求，進而節省電路板成本，還能為高速互連增添彈性。

在 DesignCon 大會上，Samtec 展示了使用 112 Gbps 的 Flyover 纜線，從 Credo Pelican II SERDES ASIC 連接到前面板連接器 (圖 2)。

圖 2：Samtec 在 DesignCon 大會上展示了使用 112 Gbps 的 Flyover 纜線 (藍色) 剛好越過下方的 PC 板，從 ASIC 連接到前面板介面。(圖片來源：TechWire International)

在這項展示中，Twinax 低偏斜、低損耗的纜線設計，是 Flyover 纜線技術的主要核心。在 28 GHz 下，該設計的插入損耗比背板式 PC 板走線設計低大約 13 dB (圖 3)。

圖 3：Samtec 的低偏斜、低損耗纜線與背板式 PC 板走線設計的對比中顯示，Twinax Flyover 纜線在 28 GHz 下的插入損耗低大約 13 dB。(圖片來源：Samtec Inc.)

以下顯示在 DesignCon 大會上的展示結果，這些結果令人印象深刻 (圖 4)。

圖 4：Flyover 展示產品的插入損耗圖顯示，在 28 GHz 下使用 PAM4 調變的損耗為 15 dB。眼高均大於 125 mV。(圖片來源：TechWire International)

Flyover 展示產品的插入損耗圖顯示，在 28 GHz 下使用 PAM4 調變的損耗為 15 dB。眼高均大於 125 mV，並且在進行前向錯誤更正 (FEC) 之前，整個系統的位元錯誤比為 7.05e-09，比規格高 4 至 5 個數量級。

Flyover 纜線設計

DesignCon 展示產品使用 12 in 的 34 AWG Eye Speed 超低偏斜 Twinax 纜線 (圖 5)。不過，解決方案的運作原理有時與其本身的功能一樣令人好奇。

圖 5：Samtec 在 DesignCon 2019 大會上所展示的 Twinax 纜線具有許多功能，可確保訊號品質在高達 112 Gbps 的速率下仍完整無損。(圖片來源：Samtec Inc.)

我曾和 Samtec 的產品行銷總監 Danny Boesing 交流，他說對於給定的 AWG，Twinax 傳輸訊號的速度可超越任何纜線。他或許是對的，但我也很好奇背後的運作原理。

我們可能會預期有某些特點，例如高溫擠型護套 (伺服器可能會變熱)、額外的金屬化屏障，以及下方有「先進」銅合金護罩。在護罩的下方，有兩條導線包覆在低介電常數 (Dk) 的全氟乙烯丙烯共聚物 (FEP) 或全氟烷氧基烷烴 (PFA) 材料中。這些材料的特點之一是能進行融化處理。

然而，Samtec 的「秘密配方」，有很大一部分存在於鍍銀的銅導體中。我無法明確指出是什麼 (因為這仍然是機密)，但該公司的文獻資料中清楚提到「共擠 (co-extruded)」這個詞，為好奇的人指引方向。

儘管這仍然是個秘密，但創新本身就是一個好事，特別是在瞭解運作原理之後。所謂的秘密配方，往往只是執行每個可行的點子，盡力做出最好的產品而已，比如本文探討的高速纜線。

光纖通訊展覽會 (OFC) 即將開幕，讓我們期待 Samtec 宣佈更多 FireFly 的消息。同時，我們提供 FireFly 應用設計指南，協助您開始瞭解 Flyover 在光學領域的概念。