摘要/前言

選擇背板設計需要對特定的網絡拓撲結構和應用進行權衡。在某些情況下，對PCB與電纜背板的評估不是 "非此即彼"，而是一種組合方式。

Samtec的工程師Andrew Josephson、Brandon Gore和Jonathan Sprigler進行了一次討論，旨在回答在決定高速設計中應該使用PCB還是電纜背板時出現的一些最常見的問題？

這兩種方法在成本上比較如何？

像大多數工程答案一樣......得看情況。它取決于結構段的物理覆蓋范圍、每個段必須承載的通道數量、網絡創建的物理網絡交叉的數量、串行結構與其他系統基礎設施共存的需要，以及背板設計本身的范圍。對于物理上簡單的串行結構拓撲和有限范圍的設計工作，成本權衡可以簡單地評估。但是對于復雜的拓撲結構和大規模的系統開發工作來說，開發進度、早期硬件/固件/軟件交叉啟用和總成本成為價值標準，這些方法的成本比較答案可能變得更加復雜。

在BOM層面，電纜背板可能比傳統的PCB更昂貴。但是，在系統層面上，電纜背板可以提供顯著的優勢，因為它可以實現更早的軟件開發/集成活動，降低后端的總成本。例如，電纜背板可以將刀片與測試設備、軟件開發平臺和早期工程原型系統連接起來，同時為經得起未來考驗的生產解決方案提供足夠高的性能。

正是出于這個原因，Samtec提供了有線纜組件選項的經典的直角板對板的背板連接器。有些應用看重這些解決方案純粹是為了SI性能，有些應用則看重它們在開發和集成方面的靈活性，有些則看重它們兩者。最后，有些開發非常適合購買與決策。從部件供應商處采購COT電纜組件有時比通過程序性的設計定制高性能背板PCB更快/更容易/更便宜。

對于不同的網絡拓撲結構，哪種背板更好？

下圖顯示了一些常見網絡拓撲結構的物理映射。在更復雜的網絡拓撲結構中，由于有更多的網段交叉，電纜背板方法可能會遇到擴展問題，從而使PCB路由方法更具吸引力。此外，基于PCB的背板可以提供與其他基礎設施共同設計的優勢，如電源傳輸和帶外低速信號。

在簡單的環形、網狀和星形拓撲結構的情況下，使用電纜背板可能允許節點以更大的刀片或模塊間距填充（隨著組件功率密度的增加，適應熱設計空間，或可能放置在相鄰的機架或機箱中）。

看看上圖（右）所描述的機架/機箱中勾勒出的星形拓撲結構。在這個例子中，節點或刀片的設計與電纜或PCB背板的連接器是一樣的。這意味著設計者現在可以計劃使用PCB背板，以后可以遷移到更高速的電纜背板，或者現在就設計電纜背板以獲得額外的余量。

上圖（左）不同的網絡拓撲結構有不同的物理映射。星形 "配置可能是最常見的。星形拓撲結構也被描繪在一個機架中（右），顯示了人們可能在組合配置中使用PCB和電纜背板的地方。

性能比較如何？

PCB和電纜背板都能在較短的通道鏈路上提供出色的性能。電纜背板在較長的通道鏈路上也能提供出色的信號速度。電纜背板能做到這一點的原因之一是，布線沒有穿過PCB，所以每個差分對可以通過單獨的屏蔽電纜。與PCB通道相比，這可以帶來更少的損耗和更好的信號完整性（見下圖）。

上圖：4英寸和18英寸電纜（藍色線）以及2英寸至16英寸PCB背板（橙色線）的插入損耗比較。黑線顯示的是行業標準的插入損耗限制。

在上圖中，所有的選擇都在超過35GHz的設計參數范圍內工作，它們提供了5或6dB的設計余量，這在傳統上已經足以滿足系統設計中的損耗問題。但對于下一代系統來說，這足夠了嗎？回答這個問題需要進行系統級信道分析（見下一個問題）。

112 Gbps PAM4需要多少性能？

更高的數據限制，如CEI-112G-LR-PAM4，和IEEE 802.3 400GBASE-KR4，導致系統級的余量損失，特別是在設計具有成本效益的系統時。例如，當八個通道被繪制出來，并使用信道操作余量（COM）評估對PAM4要求的系統級損失時， 5或6dB的余量開始變得緊張（見下圖）。

在這個800GbE端口的模型中，每個通道作為受害者，而其他七個通道作為近端發射的攻擊者。在下圖中，綠色的點是CEI-112G-LR-PAM4，而橙色的點是IEEE 802.3 400GBASE-KR4。

上圖：左邊的三個模型是用于電纜背板，右邊的三個模型使用PCB背板。請注意，16英寸的PCB背板通道（在上一段圖表中有5dB的插入損耗余量）現在在大多數112 Gbps通道上的COM系統級指標有負余量。

我們預計，隨著數據速率的提高，余量會越來越少，這在圖中得到了印證。電纜背板在所有三種長度（4、10和18英寸）上表現出類似的COM性能，而PCB背板超過了SERDES在8英寸的背板路由長度后補償損耗、反射和串擾的能力。此外，對于8英寸和16英寸的PCB背板，請注意隨著COM結果的分離，100 Gbps和112 Gbps速度之間的差異變得更加明顯。對于在112 Gbps PAM4下的16英寸PCB背板，該系統有一個負的COM，盡管在OIF-CEI-112-LR插入損耗限制線方面有很大的余量。

在過去，6dB的余量對設計者來說是一個舒適的地方，可以停止開發和分析，相信未計算的誤差項相比之下會很小。對于112Gbps和更高的速度，情況不再是這樣了。重要的是在系統層面上評估通道的端到端多線效應，包括所有重要的互連區域。提供板對板和電纜對板互連選項的連接器系統可用于確定設計交易空間，也為更早的集成和更長的維持提供了重要的機會。

Samtec解決方案

Samtec提供連接器和電纜，支持PCB和電纜背板。如果您還在想：在高速設計中，我應該使用PCB還是電纜背板？