通过数据互连实现更快的数据传输速度并不简单。这需要调整信号调制和串行收发器技术，以及互连和IC封装方面的进步。

随着100G、200G和400G数据速率的网络设备应用普及，网络系统开发工程师们将注意力转向了800G端口数据速率和每端口1.6T的新标准。然而，要通过数据互连实现更快的数据传输速度并不简单。需要对信号调制和串行收发器技术进行调整，同时还需要在数据互连技术和集成电路封装方面取得进展。

图1展示了数据速率与所需带宽之间的关系变化。

假设采用OSFP IO解决方案，200G的数据速率使用NRZ调制。当数据速率从200G提升到400G时，所需的信道频率几乎保持不变，通过将调制方式改为PAM4，数据速率翻倍，而无需增加数据带宽。简而言之，NRZ调制下每发送一个比特，PAM4调制下则发送两个比特。当数据速率进一步提升至800G时，虽然仍使用PAM4调制，但所需数据频率翻倍。对于超过1.6T的数据速率，则可能需要其它调制方式。

改变调制方式并增加数据带宽确实带来了一些工程上的挑战。当从NRZ转换为PAM4时，可用信号幅度（即眼高，因在图1的NRZ和PAM4图中观察到类似眼睛形状的开口而得名）减少了33%。信号幅度的降低直接影响了信噪比，使得PAM4信号更容易受到噪声的影响。数据带宽的增加影响了两个数据传输参数：上升时间和插入损耗。上升时间是指电压从一个电平快速变化到另一个电平的速度。随着上升时间的加快，通道中的反射会变得更强烈和嘈杂。同时，更高的数据频率会导致更高的插入损耗，而更高的插入损耗意味着信号强度的下降。总之，在800G和1.6T数据速率下，使用OSFP时，调制降低了可用信号幅度，更高的反射导致了更多的噪声，而更高的插入损耗则减少了信号强度。

互连制造商提供了数据传输解决方案来克服这些问题，例如使用设计用来绕过PCB线路的双轴电缆的产品。图2显示了有线数据传输线产品系列的典型应用。

图2：电缆输电线路应用

为了展示电缆如何改善插入损耗，文中提出了两个关键指标：使用电缆的损耗减少倍数和电缆在不同频率下的插入损耗。在200G和400G的数据速率下，使用电缆可以使数据传输线长度增加到原来的四倍左右。而在1.6T的数据速率下，这一比例可超过六倍。对于200G和400G的数据速率，仅使用PCB就能达到相同的数据传输线长度。因此，尽管使用电缆有其优势，但并非必要。然而，在800G和1.6T的数据速率下，信号损耗极高，仅靠PCB无法满足系统需求，此时，使用电缆的优势变得尤为明显。

图3：电缆插入损耗与PCB插入损耗之间的相对变化

图4：电缆插入损耗和PCB插入损耗

图3和图4展示了这些数据传输解决方案如何影响插入损耗。插入损耗以分贝（db）为单位报告，任何大于0的值都表示增益。由于互连是无源设备，因此所有插入损耗都小于0dB。插入损耗数值越低，信号就越弱。因此，有时插入损耗会以正数形式报告，使名称与图表一致。标准做法是将插入损耗报告为负数。

阻抗是时间上反射的图示，这些反射以欧姆为单位测量。整个OSFP连接器系统在阻抗上的变化仅为六欧姆。作为参考，这类数据传输系统的PCB阻抗控制在+±7.5欧姆范围内，这使得OSFP的阻抗远低于数据传输系统预期的变化。

回波损耗是衡量数据频率域内反射情况的指标。作为参考，射频连接器在工作频段内的回波损耗应低于-20dB。为了确保信号完整性，回波损耗应尽可能低，并且在Nyquist （奈奎斯特）频率（对于NRZ编码为数据速率的一半，对于PAM4编码为数据速率的四分之一）时，数据回波损耗应低于-12dB。在这种情况下，Nyquist 频率为26.56GHz，该数据频率下的回波损耗明显低于-12dB。总之，在800G应用数据频段内，反射情况良好且控制得当，该数据频段以每通道112Gb/s的信号速度运行。

图5 | 112G OSFP阻抗和回波损耗

通过精心设计数据互连，可以减少反射。例如，图5给出了800G OSFP的数据反射参数、阻抗和回波损耗。

图6：电缆传输线解决方案示例：Amphenol的DensiLink®。

图7|示例：安费诺的micro-LinkOVER™，旁边是DensiLink®，用于相对尺寸比较。

图8|采用电缆传输线路解决方案和Inphi SerDes，在112Gb/s下工作的OSFP电缆组件。

如今，许多性能达到这一水平的数据传输产品已经上市。自DesignCon 2022以来，在多个行业活动中展示了这些数据传输产品的性能提升，如图8所示。这在些活动中，展示了这些数据传输产品在112Gb/s每通道、100G SerDes技术下的运行情况。最近则是在224Gb/s每通道、200G SerDes技术下的表现。其中一个演示将SerDes连接到一端的有线数据传输解决方案测试装置，该装置通过一个多针RF连接器连接。有线数据传输解决方案通过4米长的有源OSFP电缆组件连接，并将信号回传到SerDes。前FEC BER测量值为1e-6，比所需的1e-4高出两个数量级。使用这种数据传输解决方案在32端口交换机中可以实现25.6Tb/s的总带宽。

总之，通过采用低反射技术降低插入损耗，电缆传输线解决方案使集成商能够解决112Gb/s及更高数据频率下的信号完整性问题。