【導(dǎo)讀】在高速設(shè)計(jì)領(lǐng)域，PCB傳輸線路長期面臨纖維編織skew、噪聲干擾、熱管理難題等諸多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)CDR等解決方案雖能一定程度改善信號完整性，卻隨之帶來成本攀升、復(fù)雜性增加、延遲疊加等新問題。上篇我們已明晰電纜與PCB的性能差異，本篇將聚焦實(shí)踐層面的核心價(jià)值——深入剖析電纜如何破解設(shè)計(jì)復(fù)雜性困局，詳解其在熱管理優(yōu)化中的關(guān)鍵作用，以及如何借助Flyover?電纜技術(shù)解鎖組件布局的靈活空間。

本白皮書包含了實(shí)測數(shù)據(jù)和示例，解釋了為什么在高速設(shè)計(jì)中，電纜解決方案可能更好。它還探討了諸如電纜管理和成本等方面的問題。

上篇中，我們了解了電纜性能和與PCB的對比。本系列的中篇將討論電纜如何改善熱管理、如何利用Flyover?優(yōu)化設(shè)計(jì)等實(shí)踐話題。

【電纜如何降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性】   

如之前所述，高速PCB傳輸線路，例如傳輸PCle?或以太網(wǎng)信號的線路，會受到纖維編織skew的影響。減輕纖維編織skew的傳統(tǒng)方法之一是使用CDR或重定時(shí)器來提高信號完整性。

當(dāng)信號在PCB上的傳輸線路上傳播時(shí)，會受到噪聲和其他信號的影響，經(jīng)過通孔或繞過拐角，這些幾何變化會引入skew（使差分對的P和N變得不同步）。簡而言之，CDR在信號通過PCB時(shí)糾正信號。

此外，CDR還具有一些均衡特性，可以改善信號強(qiáng)度（以彌補(bǔ)損耗）。但信號一旦離開CDR電路，它容易再次受到skew、噪聲和干擾的影響。此外，將CDR添加到設(shè)計(jì)中會增加成本、復(fù)雜性、空間占用、功耗、熱效應(yīng)和熱量。相比之下，F(xiàn)lyover?電纜是一種被動解決方案，因此不會產(chǎn)生熱量，也不需要電源。

另外，CDR還可能會給系統(tǒng)增加幾納秒的延遲，具體取決于芯片，這在對時(shí)間敏感的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中可能非常重要。值得注意的是，PAM4增加了信號清理的復(fù)雜性，進(jìn)而可能造成更多的延遲。由于電纜具有較好的電介質(zhì)特性，使用Flyover?電纜的設(shè)計(jì)在延遲方面明顯優(yōu)于使用PCB或帶有CDR的PCB的設(shè)計(jì)。此外，將信號傳輸線路移至電路板外可以減少PCB堆疊的層數(shù)，從而降低成本和復(fù)雜性，我們后續(xù)將對此進(jìn)行詳細(xì)討論。

【電纜如何改善熱管理 】 

Flyover?電纜可以極大增加設(shè)計(jì)靈活性，允許設(shè)計(jì)人員將電路板、芯片和組件放置在最佳位置，以減少熱效應(yīng)并最大程度地提高性能。圖5顯示了PAM4 56 Gbps交換機(jī)開發(fā)早期的典型電信網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)計(jì)，圖中比較了使用傳統(tǒng)PCB傳輸線的真實(shí)原型（左）和使用 Samtec Flyover?技術(shù)重新設(shè)計(jì)的版本（右）。系統(tǒng)在頂部和底部QSFP-DD前端口之間形成1m無源DACS環(huán)路。 

圖 5：通過使用Flyover?技術(shù)（右）重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（左），設(shè)計(jì)人員在熱管理方面取得了顯著的改善。

在圖5中，值得注意的是，采用18英寸電纜的Flyover?設(shè)計(jì)后，F(xiàn)PGA芯片已經(jīng)被移至箱體的后方，這極大地影響了機(jī)箱內(nèi)的熱量，包括前面板上的光學(xué)組件（這樣做有望提高光學(xué)組件的使用壽命，并減少維護(hù)需求）。

隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的提升，ASIC上的端口數(shù)量將會增加。這將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生更多熱量，因此熱管理變得更加重要。像這樣的高吞吐量系統(tǒng)可以輕松消散1,000瓦或以上的熱量。將產(chǎn)生熱量的組件策略性地放置在系統(tǒng)中較冷的區(qū)域，對信號完整性、成本、功耗、產(chǎn)品壽命和熱管理都會產(chǎn)生顯著影響。

【如何利用Flyover?電纜提高設(shè)計(jì)靈活性？】

除了改善熱條件和信號完整性外，F(xiàn)lyover?電纜還提供了將組件放置在最佳位置的靈活性，以簡化裝配并提高可維護(hù)性。

例如，若設(shè)計(jì)中存在堆疊配置或需要在不同平面上放置端口，則可使用Flyover?電纜輕松實(shí)現(xiàn)，并確保信號完整性最佳。這種方法還有助于應(yīng)對機(jī)械公差，因?yàn)殡娎|允許在系統(tǒng)中進(jìn)行更多移動，PCB則不然。

在模塊化系統(tǒng)中，可使用較小的子卡處理需要維修的組件。例如，系統(tǒng)可能包含一個(gè)帶有高端FPGA ASIC的復(fù)雜子卡。設(shè)計(jì)人員可將Flyover?電纜連接到光學(xué)端口，一切都插入到更簡單的子卡中。因此，若復(fù)雜電路出現(xiàn)故障，維修人員無需拔下光學(xué)部件，只需更換處理子卡即可。

Flyover?系統(tǒng)還可在前端口選擇方面提供靈活性，設(shè)計(jì)人員無需考慮PCB的不同skew。舉例來說，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能在一個(gè)系統(tǒng)中需要QSFP端口，在另一個(gè)系統(tǒng)中需要SFP端口，但兩個(gè)系統(tǒng)所使用的基本交換機(jī)或計(jì)算卡是相同的。采用模塊化方法的Flyover?電纜允許設(shè)計(jì)人員在不影響PCB上的高速設(shè)計(jì)的情況下更換端口類型。這降低了成本、生產(chǎn)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)時(shí)間。通過Flyover?解決方案，設(shè)計(jì)人員可以靈活連接芯片到芯片、芯片到背板和/或芯片到端口，同時(shí)保持最佳的信號完整性和散熱優(yōu)化。Samtec提供多種端接選項(xiàng)，包括低輪廓、密集、盲插或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

總結(jié)

在高速設(shè)計(jì)中，F(xiàn)lyover?電纜等電纜解決方案憑借被動特性與優(yōu)異的電介質(zhì)性能，不僅有效規(guī)避了傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的skew、噪聲等問題，更在降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性、優(yōu)化熱管理、提升布局靈活性三大核心維度展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。其無需電源、不產(chǎn)生熱量的特性，解決了CDR方案的諸多弊端；組件的靈活布局能力則為系統(tǒng)裝配、維護(hù)及端口適配提供了更多可能，同時(shí)兼顧信號完整性與散熱優(yōu)化需求。