피할 수 없지만 쉽지 않은 Flyover™ 케이블

대부분의 설계는 FR4 다층 기판으로 충분하지만 Samtec이 DesignCon 2019에서 보여준 것처럼, 28Gbps 이상의 신호를 전송하는 최첨단 상호 연결 기술에 대해서는 다시 생각해볼 필요가 있습니다. 또는 Samtec의 솔루션의 경우 칩부터 오프 시스템 커넥터까지 후면판에서 신호를 완전히 제거하는 Flyover^TM 케이블을 사용한 완전한 신호 재라우팅을 고려해 보세요.

Flyover 케이블의 역할은 인쇄 회로 기판(PC 기판)의 한계에서 신호를 분리하는 것입니다. 신호 전송 속도가 높아지면 기판의 유전체 상수가 문제가 되며 EMI/EMC 및 신호 커플링과 누화를 방지하기 위해 트레이스를 완벽하게 구성하고 라우팅해야 합니다. 최근에는 첨단 서버 후면판이 NRZ에서 PAM4 변조 인코딩으로 전환하면서, 채널 특성과 균등화의 엄청난 발전에도 불구하고 모든 PC 기판 길이에서 지터 및 잡음 요구 사항을 충족하기가 매우 어려워졌습니다(그림 1).

그림 1: 신호 전송 속도가 PAM4(56Gbits/초) 이상으로 높아지면서 PC 기판의 비용이 많이 들고 신뢰도가 낮아져 Flyover 케이블 사용이 늘어나고 있습니다. (이미지 출처: Samtec Inc.)

Flyover 개념은 Samtec의 FireFly^TM 라인에서 자리 잡았습니다. 특히 고속 신호를 처리할 수 있도록 케이블과 커넥터를 설계하고 이러한 케이블을 기판에 배선해야 합니다. 이를 통해 말 그대로 고속 상호 연결을 유연하게 실현하는 동시에 소재 및 사양 요구 사항을 줄여 PC 기판의 비용을 낮춥니다.

DesignCon에서 Samtec은 Credo Pelican II SERDES ASIC에서 전면 패널 커넥터로의 112Gbps Flyover 연결을 선보였습니다(그림 2).

그림 2: DesignCon에서 선보인 Samtec의 Flyover 케이블 데모는 PC 기판 아래쪽 바로 위를 지나 ASIC에서 전면 패널 인터페이스로 연결되는 112Gbps 케이블(파란색)로 구성됩니다. (이미지 출처: TechWire International)

Flyover의 데모 케이블 기술의 핵심에는 Twinax 저스큐, 저손실 케이블 설계가 있습니다. 후면판 PC 기판 트레이스 설계와 비교할 때 28GHz에서 13dB 미만의 낮은 삽입 손실을 제공합니다(그림 3).

그림 3: Samtec의 저스큐, 저손실 케이블을 후면판 PC 기판 트레이스 설계와 비교하면 28GHz에서 Twinax Flyover 케이블에 대해 13dB 미만의 낮은 삽입 손실을 나타냅니다. (이미지 출처: Samtec Inc.)

DesignCon에서 보여준 데모 결과는 인상적입니다(그림 4).

그림 4: Flyover 데모의 삽입 손실 플롯은 28GHz(PAM4 변조)에서 15dB의 손실을 보입니다. 눈높이가 모두 125mV 이상입니다. (이미지 출처: TechWire International)

Flyover 데모의 삽입 손실 플롯은 28GHz(PAM4 변조)에서 15dB의 손실을 보입니다. 눈높이가 모두 125mV 이상이며 전체 시스템의 비트 오류 비율은 7.05e-09 순방향 오류 보정(FEC)으로, 사양의 4배 ~ 5배 정도입니다.

Flyover 케이블 설계

DesignCon 데모는 12인치의 34AWG Eye Speed 초저스큐 Twinax 케이블을 사용했습니다(그림 5). 하지만 경우에 따라 솔루션의 작동 방식이 그 역할만큼 흥미로울 때가 있습니다.

그림 5: Samtec의 Twinax 케이블에는 DesignCon 2019에서 선보인 것처럼 최대 112Gbps에서 신호 무결성을 보장하는 여러 기능이 있습니다. (이미지 출처: Samtec Inc.)

Samtec의 제품 마케팅 이사인 Danny Boesing은 Twinax가 특정 AWG에서 어떠한 케이블보다 빠르게 신호를 전달할 수 있다고 말합니다. 그의 말이 맞을 수도 있지만 저는 그 작동 방식이 궁금했습니다.

고온 압출 재킷(서버가 뜨거워질 수 있음), 추가적인 금속 장벽, 그 아래 "고급" 구리 합금 차폐와 같은 몇 가지 예상 가능한 특징이 있습니다. 차폐 아래에는 도선 두 개가 낮은 유전체 상수(Dk)의 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP) 또는 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA) 소재에 둘러싸여 있습니다. 이러한 형태의 특징 중 하나는 용융 공정처리될 수 있다는 점입니다.

하지만 Samtec의 중요한 ‘비밀 소스’는 은도금 구리 컨덕터에 있습니다. 비밀이기 때문에 정확히 무엇인지 말할 수는 없지만, 회사 자료에는 “공압출”이라는 용어가 명시되어 있으며 이는 이 호기심을 올바른 방향으로 안내합니다.

여전히 비밀일 수 있지만 때로 혁신은 특히 그 작동 방식을 이해하고 나면 멋진 아이디어로 보입니다. 종종 비밀 소스는 최고의 제품을 만들기 위해 실현 가능한 모든 아이디어를 실험하면서 쉽게 발견할 수 있습니다. 이 경우에는 고속 케이블이라는 아이디어로 이어졌습니다.

곧 열릴 OFC(Optical Fiber in Communications)에서 Samtec이 더 많은 FireFly 정보를 제공하기를 기대합니다. 그때까지 FireFly 응용 분야 설계 안내서를 사용하여 광학 분야에서 Flyover 개념을 시작하는 데 도움을 받을 수 있습니다.