Zweifel an den Rauschanforderungen der Host-Stromversorgung von SFP+-Transceivern für 10-Gigabit-Ethernet

Ich versuche, ein Board mit einem einzelnen SFP+ 10-Gigabit-Ethernet-Transceiver zu entwerfen, aber ich habe festgestellt, dass die Anforderungen an das Netzteilrauschen auf indirekte und komplexe Weise spezifiziert sind. Wenn jemand Erfahrung mit dem Entwerfen von 10-Gigabit-Ethernet hat, sind Ihre Antworten sehr willkommen.

In SFF-8431 Specifications for Enhanced Small Form Factor Pluggable Module SFP+ , Seite 17, heißt es

2.8.2 HOST-STROMVERSORGUNGS-RAUSCHAUSGANG Der Host muss ein effektiv gewichtetes RMS-Rauschen im integrierten Spektrum von weniger als 25 mV im Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 MHz gemäß den Methoden von D.17.1 erzeugen

2.8.3 STROMVERSORGUNGSSTROMAUSGANG DES MODULS Das Modul muss weniger als 15 mV RMS-Rauschen am Punkt X von Abbildung 56 im Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 MHz gemäß den Methoden von D.17.2 erzeugen

Hier sind die Anforderungen an das Netzteilrauschen ziemlich einfach: weniger als 25 mVrms in einer Messbandbreite von 10 MHz. Es sagt auch, dass die Module selbst nicht zu viel Rauschen zurück in den Host einspeisen sollten - da wir einen Host entwerfen, ist das nicht unser Problem.

Später, auf Seite 96, wird die Testmethodik angegeben.

D.17 STROMVERSORGUNGSTESTVERFAHREN Der in Abbildung 56 gezeigte Referenzstromversorgungsfilter wird für Modultests bereitgestellt, einschließlich Spannungsversorgungs-Toleranztests. Dieser Filter erfüllt die Rauschfilteranforderungen in den meisten Hostsystemen. Andere Filterimplementierungen oder lokale Vorschriften können verwendet werden, um die in 2.8.2 und 2.8.3 beschriebenen Leistungsrauschausgabeanforderungen zu erfüllen.

Für jede Vcc beträgt die Summe der äquivalenten Serienwiderstände der 4,7-uH-Induktivität, des 22-uF-Kondensators und des Dämpfungswiderstands 0,5 Ω. Dieser Widerstand ist sowohl in tatsächlichen Wirtsfiltern als auch in dem Referenzfilter wünschenswert; jedoch wird jeder Spannungsabfall über ein Filternetzwerk auf dem Host gegen die VccT- und VccR-Genauigkeitsspezifikation des Hosts in Tabelle 8 gezählt.

Es heißt, dass andere Filter zulässig sind, aber für den Vorschlag, eine Spezifikation zu schreiben, wird davon ausgegangen, dass die Host-Stromversorgung hier den Referenz-LC-Filter verwendet - das ist sinnvoll.

Dann wird die Sache komplex. Auf Seite 97

D.17.1 HOST-STROMVERSORGUNGSRAUSCHAUSGANGDie Rauschausgabe einer Vcc-Versorgung eines Hosts wird mit einer ohmschen Last definiert, die die maximale Nennleistung (1 W oder 1,5 W) zieht, die anstelle des SFP+-Moduls zwischen einem Vcc-Kontakt und Vee angeschlossen ist. Wenn das Rauschen auf VccT gemessen wird, wird VccR offen gelassen und umgekehrt. 8 Ω wird für einen Host verwendet, der Power Level II unterstützen kann, andernfalls 12 Ω. Das AC-Spannungsspektrum wird auf der Modulseite des SFP+-Steckers gemessen. Das Rauschleistungsspektrum wird durch die abgeschnittene Antwort des Referenzfilters geteilt und dann von 10 Hz bis 10 MHz integriert und in eine Spannung umgewandelt. Diese Funktion ist in der nachstehenden Gleichung und in Abbildung 57 dargestellt. Die Spezifikationsgrenze ist in 2.8.2 angegeben. Der Test wird durchgeführt, während alle anderen Teile des Host-Boards/Systems aktiv sind. Hosts mit mehreren SFP+-Modulen müssen die Ports einzeln testen,

$H(f) = a \times (log_{10}(f)) ^ 4 + b \times (log_{10}(f))^3 + c \times (log_{10}(f))^2 + d \times log_{10}(f) + e$

Die in Abbildung 57 gezeigte Referenzfilterantwort H(f) und die Koeffizienten a, b, c, d und e für die 5 Frequenzbänder sind in Tabelle 32 definiert.

HINWEISE – Da ein leicht belastetes Netzteil möglicherweise mehr Rauschen erzeugt als ein voll belastetes Netzteil, möchte der Host-Implementierer möglicherweise auch den Rauschausgang des Host-Netzteils mit weniger als der maximalen Stromaufnahme bewerten. Da ein kleines gemessenes Rauschsignal bei hohen Frequenzen multipliziert wird, um das abgeleitete Rauschen am virtuellen Punkt X zu ergeben, sollte auf das Grundrauschen des Spektrumanalysators geachtet werden. Andere Messverfahren könnten verwendet werden, z. B. eine Messung an einem Punkt innerhalb des Hosts, unter angemessener Berücksichtigung jeglicher Unterschiede zwischen dem Referenzfilter und dem tatsächlichen Filter eines Hosts.

Frage

Daraus ergeben sich mehrere Fragen.

1. Welche Intention hat hier die indirekte Messmethodik?

Wenn ich es richtig lese, verwendet Ihr Netzteil zur Bestimmung des Netzteilrauschens zunächst vorzugsweise den angegebenen Referenz-LC-Filter. Dann misst du am Netzteilausgang, an der SFP+ Buchse. Schließlich dividieren Sie die Ergebnisse durch die Übertragungsfunktion H(f) des LC-Filters, um diesen Filter zu „deembed“ und die Rauschspannung der Stromversorgung vor dem Referenzfilter zu rekonstruieren.

Sie messen also das Rauschen nach dem Filter und entfernen dann den Filter. Was ist die Motivation für die komplizierte Messmethodik hier?

Ein Freund schlug vor, dass dies daran liegt, dass alle SFP+-Module miteinander verbunden sind und die Messung nach dem Filter ermöglicht, das gekoppelte Rauschen von anderen Modulen zu sehen. Aber das ist nicht der Fall. Jedes SFP+-Modul hat zwei Schienen, jedes hat seinen eigenen LC-Filter, und alle Ports werden auch separat gefiltert (dieses FPGA-Referenzdesign mit zwei Ports zeigt beispielsweise deutlich 4 Filtersätze, siehe Seite 22, 23).

Meine beste Vermutung ist, dass an dem Punkt, an dem der Strom am VRM herauskommt, das Rauschen akzeptabel sein kann. Aber später, wenn es durch das LC-Filter geht und dann über die ganze Platine geleitet wird, kann mehr Rauschen erst nach dem LC-Filter unbeabsichtigt in die Schiene eingekoppelt werden . Der Ansatz des Messens und Entbettens ermöglicht es, diese zusätzlichen Geräusche zu sehen, wodurch genauere Messungen möglich sind.

Kann jemand meine Vermutung bestätigen?

2. Was tun, wenn ich einen anderen Filter habe?

Die Spezifikation sagt auch, dass unterschiedliche Messmethoden oder Filterdesigns erlaubt sind, aber ...

Andere Messverfahren könnten verwendet werden, z. B. eine Messung an einem Punkt innerhalb des Hosts, unter angemessener Berücksichtigung jeglicher Unterschiede zwischen dem Referenzfilter und dem tatsächlichen Filter eines Hosts.

Was genau bedeutet "unter angemessener Berücksichtigung aller Unterschiede zwischen dem Referenzfilter und dem tatsächlichen Filter eines Hosts"? Wenn ich beispielsweise eine andere Filtertopologie für meine Stromversorgung verwende, muss ich dann den Frequenzgang meines Filters charakterisieren und anstelle des Referenzfilters meine eigene Übertragungsfunktion verwenden, oder was?

3. Tools, Code und Skripte

Gibt es vorhandene Tools, Codes oder Skripte für das De-Embedding in dieser Messung? Ich brauche eine Referenzimplementierung, um sicherzustellen, dass das, was ich tue, korrekt ist.