高速先生（shēng）成員--周偉

關於光（guāng）模塊的（de）仿真，從10GE到1.6TE的光模（mó）塊其實我們都有仿過（guò），很多客戶一開始的需求都是希望能看下眼圖（tú），但經過我們解釋後，最後還是同意按照協議進行無源仿真，今天我們就來聊聊為什麽隻仿真（zhēn）無源而不去仿真有源看眼圖的方式吧。

如下是我們其中一個1.6T光模塊的部分設計線路（lù）圖（tú），這些高速信號的線（xiàn）路又被（bèi）分成了兩部分：一部分是從OSFP金（jīn）手指到中間的DSP芯片，分別由8對TX和8對RX組成，每對200/224Gbps的速率構成了收發1.6TE的通道（dào）；另一部分就是從芯片到TOSA和ROSA接口焊盤，也是由8對TX和8對RX構成，每對也是200/224Gbps的（de）速率。金手指（zhǐ）到DSP芯片部分是有協議損耗要（yào）求的，而後一部分協議上沒有（yǒu）定義相（xiàng）關的電氣要（yào）求。

初看起來好像和400GE、800GE的光模塊（kuài）都是一樣的套路，看不（bú）出難度在哪裏，但再一細看，難度就不是（shì）一個級（jí）別（bié）了，最主要（yào）的難度就是中間芯片的Pitch（芯片焊盤（pán）中心（xīn）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（duì）設（shè）計來說難度和考驗都（dōu）很大（dà）。這麽小間距的（de）設計一般就需要用（yòng）到mSAP工藝（yì）和任意階HDI設計了，這種工藝（yì）介於芯片封裝基板和PCB板之間，後麵大家感興趣的話可（kě）以讓咱們的東哥來介紹一下，今天我們先跳過（guò），隻要知（zhī）道有這個工藝即可，來看看我們的走線線寬就知道為什麽不能用普（pǔ）通的工藝了，就問差分線2.1mil的線寬，2.8mil的間距，普通PCB生產工藝能生產（chǎn）嗎？

這時候可能就有人要問了（le），設計難度可以理解，那這種1.6T光模塊（kuài）的仿真有什（shí）麽（me）難點呢？

其實相對於仿真來說，設計是簡（jiǎn）單的，設計隻要保證連通性就好了，簡單來（lái）說就是隻要能順利把線走出來就成功了一半，難的是除了線走出來，還要能保證信號質量，這個就必須通過仿真來保障了。前麵說了1.6TE光模塊的信號速率最（zuì）高是224Gbps，當然是PAM4編（biān）碼的，那麽它的基頻就到了56GHz了，頻率越高，仿真（zhēn）難度就越大，後麵的線（xiàn）損也很大，一點點差異都會影響（xiǎng）到最（zuì）終（zhōng）的性（xìng）能，如（rú）材料的選擇，不（bú）同層的出線和過孔優化（huà）方式等；普通的通孔設計在頻率不是太高的時候過孔特性差異不是很大，但到（dào）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（háng）仿真，還有（yǒu）金手指處的焊盤也（yě）需要特殊優化，我們會（huì）加上連接（jiē）器的3D模型來模擬真實插上連（lián）接器時的特性，這樣和實際情況更接近（jìn），仿真也更準確；所有的（de）這些操作帶來的後果就是工作量變大，需要的仿真時間更多了。

那為什麽光模塊的仿真很多隻仿真無（wú）源而很少仿真有源眼圖和誤（wù）碼率呢？這確實是很多人關心的話題（tí）。首先我們來看看（kàn）光模塊VSR協議的無源（yuán）要求吧，如下圖是OIF-CEI-5.1協議上摘（zhāi）抄的（de）關於112G-VSR-PAM4對於PCB通道（dào）的參（cān）考模型及損耗（hào）要求。

協議上麵對於無（wú）源插損的要求（qiú）比較明確，Host主板上的損耗最（zuì）大是12dB，連接器的損耗最大2dB，光模塊及電容的損耗最大2dB，總共係統16dB的損耗，一般來說隻要PCB板級能滿足這個損耗要求就已（yǐ）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）。

對於仿真來說，在沒有芯片ami模型的（de）情況下，我們就隻需要保證PCB板級的損耗符合上麵的協議要求即（jí）可，一般（bān）這個無源損耗的指標會比較嚴格，隻要（yào）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（mǎn）足，那麽大部分（fèn）的芯片（piàn）都是可以正常工（gōng）作的，因為芯片（piàn）的性能也（yě）要按照協議的指標（biāo）要求來，大家都要在（zài）這個協議的框架下工作，任何環（huán）節都不能（néng）脫離這個協議框架，否則那就沒得玩了，這就是有協議的好處。

無源仿真就相對簡單很多，隻要有PCB設計文件，疊層和材料信息就可以開始建模仿真優化了，隻要仿真方法得當，材料信息準確，那（nà）麽無源仿真出來的結果（guǒ）就能作為判斷依據；但有（yǒu）源仿真就會複雜很多，需要（yào）有係統的所有信息，如主板Host和光模塊上芯片的ami模型，連接器的3D及S參數模型，主（zhǔ）板Host和光模塊上的走線情況（如（rú）S參數模型，PCB文件及疊層信息等）。很（hěn）多時候如果不是做係統的廠家，很少能全部集齊這些模型，如做主板Host端的，就很難（nán）拿到（dào）光模塊部分廠家的資（zī）料，因為（wéi）主板Host還要兼容各個（gè）廠家的光模塊；而做（zuò）光模塊端的，則沒有主板Host端的資料，同時他們也不（bú）僅僅隻特供給某一家主機Host端，所以要搭配一起做係統仿（fǎng）真就比較困難。現在協議既然有無（wú）源分段的指標要求，那麽就按照“鐵（tiě）路（lù）工人各管一段”的原則，大家各自管好自己部分的損耗要求，那（nà）麽（me）合在一起也是可以滿足的，這就（jiù）是前麵說了大家都要在這個協議的框架下工作。好了，希望下次不（bú）會再有人讓我們進（jìn）行係統（tǒng）的有源仿真了，除非本身是做Host和光模塊整個係統的（de），有係統的資料可以提供一起來仿真。