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Flyover™ 电缆：不可避免，但绝不容易
大多数设计只要使用 FR4 多层电路板即可很好地解决问题，不过正如 Samtec 在 DesignCon 2019 展会上所展示的那样，前沿互连技术的信号传输速度达到了 28 Gbps 或甚至更高，这就要求我们重新考虑电路板的使用。在 Samtec 的解决方案中，就没有使用上述电路板，而是使用 FlyoverTM 电缆将信号线路完全脱离背板，直接从芯片连接到系统外的连接器。
Flyover 电缆的作用是让信号摆脱印刷电路板（PC 板）的限制。随着信号传输速度增加，电路板的介电常数会成为问题，印制线的形状和路线必须非常完美，才能避免 EMI/EMC、信号耦合和串扰。最近，虽然在通道特征化和均衡方面取得了巨大进步，但随着尖端服务器背板从 NRZ 向 PAM4 调制编码转变，我们很难在任何实用长度的 PC 板上满足抖动和噪声要求（图 1）。
图 1：随着信号传输速率增加至 PAM4 (56 Gb/s) 甚至更高，PC 板成本增加且可靠性降低，而 Flyover 电缆可以弥补这个缺陷。（图片来源：Samtec Inc.）
Flyover 概念是 Samtec 针对其 FireFlyTM 系列而构想的。这需要设计专门用来处理高速信号的电缆和连接器，然后在电路板上方横跨电路板进行布线。这样可以降低材料和规格要求，从而节省 PC 板的成本，同时增加高速互连的灵活性。
在 DesignCon 展会上，Samtec 演示了从 Credo Pelican II SERDES ASIC 到前面板连接器的 112 Gbps Flyover 连接（图 2）。
图 2：Samtec 在 DesignCon 展会上展示的 Flyover 电缆就是从 ASIC 到前面板接口的 112 Gbps 连接电缆（蓝色），正好悬在 PC 板下方。（图片来源：TechWire International）
所展示的 Flyover 电缆技术的核心是其双轴低偏斜、低损耗电缆设计。在 28 千兆赫 (GHz) 频率下，插入损耗比背板 PC 板印制线设计低 13 dB 左右（图 3）。
图 3：将 Samtec 的低偏斜、低损耗电缆与背板 PC 板印制线设计进行比较，结果显示在 28 GHz 频率下，双轴 Flyover 电缆的插入损耗要低 13 dB 左右。（图片来源：Samtec Inc.）
下面显示了在 DesignCon 展会上的展示结果，令人印象深刻（图 4）。
图 4：Flyover 展示的插入损耗图显示，在进行 PAM4 调制的情况下，在 28 GHz 频率下的损耗为 15 dB。眼高均大于 125 毫伏 (mV)。（图片来源：TechWire International）
Flyover 展示的插入损耗图显示，在进行 PAM4 调制的情况下，在 28 GHz 频率下的损耗为 15 dB。眼高均大于 125 mV，在前向纠错 (FEC) 之前，整个系统的位误差率为 7.05e-09，比规格要求高 4 – 5 个数量级。
Flyover 电缆设计
DesignCon 展示使用了 12 英寸的 34 AWG Eye Speed 超低偏斜双轴电缆（图 5）。但是，有时解决方案的工作原理与其功能同样令人感兴趣。
图 5：正如在 DesignCon 2019 展会上展示的那样，Samtec 的双轴电缆具有众多特性，能够在高达 112 Gbps 的速率下确保信号完整性。（图片来源：Samtec Inc.）
与 Samtec 产品营销总监 Danny Boesing 交谈时，他指出在导线直径一定的情况下，双轴电缆传输信号的速度快于其他电缆。也许他说的是对的，但我对该电缆的工作原理同样好奇。
有一些特性可能值得期待，例如高温挤制护套（服务器可能会发烫）和其他金属绝缘层，底层还有一个“高级”铜合金屏蔽层。在屏蔽层下，两根导线封装在低介电常数 (Dk) 的氟化乙烯丙烯共聚物 (FEP) 或全氟烷氧基烷烃 (PFA) 材料中。这些材料配方的特性之一是能够进行熔融处理。
但是，Samtec 的主要“秘密武器”是镀银铜导线。我不能确切地说出究竟采用了什么样的技术（因为这仍然是秘密），但该公司的文档中清晰地使用了“co-extruded”（共挤）字样，这为我们的好奇心指明了正确的方向。
虽然这可能仍是秘密，但有时创新似乎是一个好的想法，特别是在知道工作原理之后。通常，秘密武器只是执行可行的想法，以期打造可能最出色的产品。而这里的产品就是高速电缆。
随着光纤通信 (OFC) 会议的到来，我们期待 Samtec 发布更多有关 FireFly 的消息。同时，您可以下载 FireFly 应用设计指南，帮助您开始从光学领域着手了解 Flyover 概念。
关于此作者
开始工程领域的工作后，Patrick Mannion 在超过 25 年时间里一直在从事电子行业分析，专注于知情评论，以帮助工程师管理风险、控制成本并优化设计。Patrick Mannion 曾为 UBM Tech 电子集团的品牌总监和副总裁，现提供定制内容服务。
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