被人忽视的“ILD”指标，竟隐藏着高速设计的核心思维

公众号 | 高速先生

作者 | 黄刚

咋滴，不知道“ILD”就做不好高速设计啦？感觉是为大家做不好高速信号又找到了一个新的借口是吧。言归正传，对于很多硬件的朋友或者设计的朋友，说起高速信号的无源指标，第一反应就是插损。插损是SI的专业术语，用很多朋友自己的话来说就是损耗或者叫衰减。当然这个指标也是很重要，通常去设计一个长链路的时候，协议的插损要求影响着布线的长度，板材的选择，芯片间的布局甚至是结构的变更等，所以我们经常遇到很多客户都关心损耗能不能满足要求，满足的情况下能不能尽量小。

我们就以大家比较熟悉的10GBase-KR信号为例，来介绍今天的猪脚“ILD”。先请出大家比较熟的插损和回损的协议要求，10Gbps信号，我们在插损指标上关心的是5GHz位置的损耗情况，为什么10Gbps信号看的是5GHz频点呢？这个可以翻翻刚写不久的这篇文章《明明我说的是25G信号，你却让我看12.5G的损耗？》，看完相信就不会再有疑问了。另外顺便提下回损，回损在协议中一般会覆盖到基频的2倍，10GBase-KR插损回损的协议指标就如下所示：

当然，对于大家都比较熟悉的东西，高速先生通常就一笔带过了。当然，上面的插损回损这些无源指标都出自于IEEE的文档中，不得不说，文档的页数是真的不少，所以我们有理由相信大家在找到插损回损指标后就关闭它了。如果稍微有一点点恒心的话，其实这个10Gbps信号还有一个很重要的指标，就是“ILD”了，指标是这样描述的：

ILD指标，翻译成中文可以叫做插损偏离度。高速先生帮大家理解下哈，其实它讲的是在我们仿真得到某条高速设计链路的插损后，然后协议的算法会去做真实插损曲线的fitted曲线，所谓fitted曲线，其实就是算法根据实际得到的插损曲线通过几个基本算法取平均值，得到的就是理想插损情况和真实插损情况的关系式。然后通过ILD指标来表征他们之间的差距，协议要求这个差距必须在一个范围内，不能太大。

没关系，大家也知道高速先生的作风，一定会让大家弄懂。我们来举个例子哈，假设我们提取到某个实际设计链路的插损曲线是下面这样的，是不是有一些自己做仿真的朋友也曾经提取过这样的参数呢？当然大家第一反应就觉得不是很好是吧，但是如果从插损的协议指标来看，却又是很轻松能满足协议要求的。

那么这个时候可以用ILD指标去卡，通过协议的算法就得到了上面这个真实链路的fitted曲线，就是下面红色这条。

然后根据ILD的公式，用真实的插损曲线（蓝色）减去fitted出来的理想插损曲线（红色），就得到了ILD的结果：当然你就可以和上面的ILD协议要求去对照了。还好，看起来也还在ILD协议要求范围内。

那到底这个ILD的指标对信号质量有多少的影响度呢？我们通过大家都觉得比较直观的眼图来介绍哈。

我们首先就比较真实的插损和fitted后的插损对眼图的影响，用两个插损S参数模型分别在10Gbps数据通道去跑眼图，峰峰值为1V的发送信号。我们首先看看fitted插损的眼图结果：还不错，眼图有841mV，眼宽是98ps。

那么我们再看看真实插损参数的眼图结果，大家猜猜是变好还是变差呢？

那必须是变差啊！都说了fitted走线是真实插损的理想情况了，眼图结果如下：眼高居然只有710mV了，眼宽也减小了，只有97ps。

可恶！原来我们仿真出来的插损曲线和理想情况下的居然还真不小。可见这个ILD指标还是有它本身的意义在里面。为了再证明下ILD指标的重要性，我们再加一种插损的case去仿真。按照上面说的，fitted曲线是真实插损的理想版，好是正常的。那么我们就加一种case，就是下面绿色的插损case。

红色的fitted曲线比真实的蓝色插损曲线的眼图结果好了很多，那么有没有可能并不是红色的曲线好，而是蓝色的真实链路插损差呢？那么我们就加了绿色的这条曲线，绿色曲线在所有频段都比蓝色的真实插损要差，尤其是高频部分，多出一倍的损耗。如果像以前只按照插损的协议指标去卡的话，绿色肯定比蓝色要差很多很多。大家觉得用绿色的插损曲线去跑眼图，结果会真的差很多很多吗？

结果是下面这样的：眼高655mV，眼宽93ps。

真出乎意料啊！肉眼可见大了一倍损耗的绿色曲线，居然并没比真实的蓝色插损曲线的眼图结果差太多，这的确也再一次证明ILD这个指标存在的意义，单单看插损指标并不能很好的保证链路的信号质量。最后总结一下，从插损的结果来看，现在大家知道了插损曲线在不同频率之间的波动如果很大，那必然它的ILD指标就不会很好，同时也会非常影响眼图的性能。那么回归到设计上，到底会有哪些设计问题导致ILD指标比较差呢？没错，大家又猜对了，这个就是高速先生留给大家的问题了哦！

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