旗艦軟體

線上影音

Home > ANSYS SPISim 教學 > Channel Operating Margin (COM)

 

本文始於2021，以2021R2 SPISim示範如何做Channel Operating Margin (COM)模擬。

  1. What is COM?

  2. Which COM version should you follow?

  3. COM Compliance with SPISim

    3.1 以AEDT Circuit建立八組不同的S參數(.s12p)

    3.2 從AEDT內開啟SPISim \ COM Report

    3.3 選擇內建的[Spec]測項[COM_C2C_120d]

    3.4 改以匯入COM_802.3ck_C2C.cfg，也就是[Customize]

    3.5 不同傳輸線長度與COM測試條件的組合結果比較

    3.6 Plot IL/ILD

    3.7 Plot ISI+XTK/System Noise/Total Noise

  4. Q&A

    4.1 INCLUDE_PCB與INC_PACKAGE這兩個參數背後分別連結那些其他參數?

  5. Reference

  1. What is COM?

過去用於檢驗一條高速傳輸線品質的指標不外乎Insertion Loss (IL), Return Loss (RL), Closs Talk, ISI, Jitter ... 就算針對這些指標逐一訂定管控標準，在實務設計上還是會碰到兩點不足

因以上兩個需求COM (Channel Operating Margin)於焉出現，其概念是是把所有會讓通道傳輸品質變差的因素當分母，訊號強度當分子，以訊雜比的概念來定義一個COM指標，而這指標還可以透過脈衝響應(pulse response)來考慮Tx/Rx端等化器的效應。[1]

  1. Which COM version should you follow?

最新的COM版本是基於802.3ck的COM r3.1，所以很多人一開始是這麼問的：

要設計56G/112G的Ethernet，並遵循最新的規格做COM指標模擬，該怎麼做?

從官網[2]下載COM r3.1的介紹可以了解新版主要新增了五個變數的支持，主要用於C2M。

從Matlab core內可以查詢每一版本的新增 ，下圖所示為COM r2.78~r3.1的項目沿革

所以要先依使用場景是CR/KP/KR/C2C/C2M...哪一種，再去官網[2]下載對應的COM參數表(config_com_ieee8023_93a_xxx.xlsx)於模擬軟體內輸入套用。

如果還是不確定該套用哪一組參數表做COM模擬，其實主要注意四個參數：f_b, L, Include_PCB, INC_PACKAGE，分別是頻寬, 編碼方式(PAM-4/NRZ), 是否考慮PCB寄生效應, 是否考慮封裝寄生效應。

  1. COM Compliance with SPISim

3.1 以AEDT Circuit建立八組不同的S參數(.s12p)

長度分別是5mm與10mm，特性阻抗分別較好/較差，頻寬分別30G與60G的八個.s12p測試檔(三對差分線)且皆滿足passivity/causality。

3.2 從AEDT內開啟SPISim \ COM Report

Open SPISIm from AEDT：[Tools] \ [SPISim]

[Module] \ [Module : VPro[Waveform/S-Param analysis]]

[S-Param] \ [Generate Report] \ [Channel operating margin]

上圖中選擇[Incremental]或[Even-odd]取決於匯入的S參數port order定義。

[Firt through port]則指定要觀察COM指標的通道

3.3 選擇內建的[Spec]測項 ... 以[COM_C2C_120d]表示Chip-to-Chip的應用場景做示範

COM = 4.2大於3，過關。

雖然INC_PACKAGE=1，但因為C_p=1.1e-4只是一個值的表示，而不是[1.1e-4 1.1e-4]範圍設定形式，故此處只有一個COM輸出。

3.4 改以匯入依官網參數表自行設定的COM_802.3ck_C2C.cfg，也就是[Customize]

這次得到兩個COM值，且都小於3，這是什麼原因呢?

雖然S本身(線長)不同，但規格中的f-b參數從26.5625G變成53.125G，才是COM指標大幅下降的主因

同樣一條傳輸線(同一S參數)，考慮的頻寬越寬，COM指標會越小(越差)

如果要驗證f_b的影響，把f_b從53.125G改小成26.5625G (f_p2參數也要改小成26.5625G才行)

會出現Case0 : , Case1 : 兩個COM指標，是因為INC_PACKAGE=1，且z_p(TX), z_p(NEXT), z_p(FEXT), z_p(RX), C_d, C_p, R_d這些參數都是以數值範圍的型態輸入[xx xx]，這兩個COM值就是反應所考慮的系統(PCB or Package)寄生參數範圍下對應的COM範圍。

設Include_PCB=0且INC_PACKAGE=0，就會只得到一個COM值輸出。

3.5 不同傳輸線長度與COM測試條件的組合結果比較

3.6 Plot IL/ILD

換看另一個S參數

3.7 Plot ISI+XTK/System Noise/Total Noise

    每個指標最低值(浴缸底)不同1e-7 ~ 1E-15，又浴缸左右側邊底點對點連續繪圖顯示，導致看到浴缸底部連接的結果。您如果參考Richard Mellitz [1] p.38，會發現也是畫到最低1E-6以下就不畫了。

  1. Q&A

4.1 Include_PCB與INC_PACKAGE這兩個參數背後分別連結那些其他參數?

Ans：

Include_PCB：z_bp(Tx), z_bp(NEXT), z_bp(FEXT), z_bp(Rx), C_0, C_1

INC_PACKAGE：z_p(TX), z_p(NEXT), z_p(FEXT), z_p(RX), C_d, C_p, R_d, and package_Z_c

  1. Reference

[1] Richard Mellitz, Intel, "Channel Operating Margin Tutorial", March 2016 IEEE Plenary, Macau China

[2] The last COM version r3.1 (802.3ck)

[3] Richard Mellitz, "Channel Operating Margin (COM): Evolution of Channel Specifications for 25 Gbps and Beyond", DesignCon2013.

[4] X. Dong, F. Rao, W. Jin, "Relating COM to Familiar S-Parameter Parametric to Assist 25Gbps System Design", DesignCon2014.

[5] M. Brown, M. Dudek, A. Healey, E. Kochuparambil, L. B. Artsi, R. Mellitz, "The state of IEEE 802.3bj 100 Gb/s Backplane Ethernet", DesignCon2014.

[6] C. DiMinico, M. Resso, M. Sapozhnikov, "100 GB/S ETHERNET - 100GBASE-CR4 TEST POINTS AND TEST FIXTURES", Design2015.

[7] H. Wu, "COM and Reference Transmitter/Receiver/Package for 106/112Gbps Long-Reach and Chip-to-Chip Links", DesignCon2020.