被人忽視的“ILD”指標，竟隱藏著高速設計的核心思維

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一博高速先生成員--黃剛

咋滴，不知道“ILD”就做不好高速設計啦？感覺是為大家做不好高速信號又找到了一個新的借口是吧。言歸正傳，對于很多硬件的朋友或者設計的朋友，說起高速信號的無源指標，第一反應就是插損。插損是SI的專業(yè)術語，用很多朋友自己的話來說就是損耗或者叫衰減。當然這個指標也是很重要，通常去設計一個長鏈路的時候，協(xié)議的插損要求影響著布線的長度，板材的選擇，芯片間的布局甚至的結構的變更等，所以我們經(jīng)常遇到很多客戶都關心損耗能不能滿足要求，滿足的情況下能不能盡量小。

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我們就以大家比較熟悉的10GBase-KR信號為例，來介紹今天的豬腳“ILD”。先請出大家比較熟的插損和回損的協(xié)議要求，10Gbps信號，我們在插損指標上關心的是5GHz位置的損耗情況，為什么10Gbps信號看的是5GHz頻點呢？這個可以翻翻剛寫不久的這篇文章《明明我說的是25G信號，你卻讓我看12.5G的損耗？》，看完相信就不會再有疑問了。另外順便提下回損，回損在協(xié)議中一般會覆蓋到基頻的2倍，10GBase-KR插損回損的協(xié)議指標就如下所示了。

當然，對于大家都比較熟悉的東西，高速先生通常就一筆帶過了。當然，上面的插損回損這些無源指標都出自于IEEE的文檔中，不得不說，文檔的頁數(shù)是真的不少，所以我們有理由相信大家在找到插損回損指標后就關閉它了。如果稍微有一點點恒心的話，其實這個10Gbps信號還有一個很重要的指標，就是“ILD”了，指標是這樣描述的：

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ILD指標，翻譯成中文可以叫做插損偏離度。高速先生幫大家理解下哈，其實它講的是在我們仿真得到某條高速設計鏈路的插損后，然后協(xié)議的算法會去做真實插損曲線的fitted曲線，所謂fitted曲線，其實就是算法根據(jù)實際得到的插損曲線通過幾個基本算法取平均值，得到的就是理想插損情況和真實插損情況的關系式。然后通過ILD指標來表征他們之間的差距，協(xié)議要求這個差距必須在一個范圍內(nèi)，不能太大。

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沒關系，大家也知道高速先生的作風，一定會讓大家弄懂。我們來舉個例子哈，假設我們提取到某個實際設計鏈路的插損曲線是下面這樣的，是不是有一些自己做仿真的朋友也曾經(jīng)提取過這樣的參數(shù)呢？當然大家第一反應就覺得不是很好是吧，但是如果從插損的協(xié)議指標來看，卻又是很輕松能滿足協(xié)議要求的。

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那么這個時候可以用ILD指標去卡，通過協(xié)議的算法就得到了上面這個真實鏈路的fitted曲線，就是下面紅色這條。

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然后根據(jù)ILD的公式，用真實的插損曲線（藍色）減去fitted出來的理想插損曲線（紅色），就得到了ILD的結果：當然你就可以和上面的ILD協(xié)議要求去對照了。還好，看起來也還在ILD協(xié)議要求范圍內(nèi)。

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那到底這個ILD的指標對信號質量有多少的影響度呢？我們通過大家都覺得比較直觀的眼圖來介紹哈。

我們首先就比較真實的插損和fitted后的插損對眼圖的影響，用兩個插損S參數(shù)模型分別在10Gbps數(shù)據(jù)通道去跑眼圖，峰峰值為1V的發(fā)送信號。我們首先看看fitted插損的眼圖結果：還不錯，眼圖有841mV，眼寬是98ps。

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那么我們再看看真實插損參數(shù)的眼圖結果，大家猜猜是變好還是變差呢？

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那必須是變差��！都說了fitted走線是真實插損的理想情況了，眼圖結果如下：眼高居然只有710mV了，眼寬也減小了，只有97ps。

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可惡！原來我們仿真出來的插損曲線和理想情況下的居然還真不小�？梢娺@個ILD指標還是有它本身的意義在里面。為了再證明下ILD指標的重要性，我們再加一種插損的case去仿真。按照上面說的，fitted曲線是真實插損的理想版，好是正常的。那么我們就加一種case，就是下面綠色的插損case。

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紅色的fitted曲線比專業(yè)術語真實的藍色插損曲線的眼圖結果好了很好，那么有沒有可能并不是紅色的曲線好，而是藍色的真實鏈路插損差呢？那么我們就加了綠色的這條曲線，綠色曲線在所有頻段都比藍色的真實插損要差，尤其是高頻部分，多出一倍的損耗。如果像以前只按照插損的協(xié)議指標去卡的話，綠色肯定比藍色要差很多很多。大家覺得用綠色的插損曲線去跑眼圖，結果會真的差很多很多嗎？

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結果是下面這樣的：眼高655mV，眼寬9**s。

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真出乎意料啊！肉眼可見大了一倍損耗的綠色曲線，居然并沒比真實的藍色插損曲線的眼圖結果差太多，這的確也再一次證明ILD這個指標存在的意義，單單看插損指標并不能很好的保證鏈路的信號質量。最后總結一下，從插損的結果來看，現(xiàn)在大家知道了的插損曲線在不同頻率之間的波動如果很大，那必然它的ILD指標就不會很好，同時也會非常影響眼圖的性能。那么回歸到設計上，到底會有哪些設計問題導致ILD指標比較差呢？沒錯，大家又猜對了，這個就是高速先生留給大家的問題了哦！

問題：到底在高速信號pcb設計中，哪些設計問題可能會導致插損的ILD指標變差呢？