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User: 28 Gbps PAM-4 SerDes 설계에서 다음 조건이 주어졌을 때:

28 Gbps PAM-4 SerDes 설계에서 다음 조건이 주어졌을 때:

Hardware constraints:

• PCB: FR-4, εr=4.3, loss tangent=0.02 @ 10GHz
• Trace length: 15cm (필수, layout 제약)
• Via count: 4개 (layer transition 불가피)
• Connector: 85Ω mismatch 존재

Requirements:

• Eye height > 60mV (spec minimum)
• Jitter < 15ps RMS
• BER < 10^-12

Available techniques:

• Pre-emphasis (3-tap FIR)
• CTLE (continuous-time linear equalizer)
• DFE (decision feedback equalizer)
• Impedance matching networks
• Via stub optimization

Question: 이 시스템을 spec 안으로 들어오게 하기 위한 최적화 전략을 제시하시오. 각 기법의 적용 순서와 trade-off를 포함하여 설명할 것.

Assistant: 먼저 큰 그림부터 정리하면, 이 채널은 길이15 cm 기준으로는 “막장”은 아니지만,

먼저 큰 그림부터 정리하면, 이 채널은 길이(15 cm) 기준으로는 “막장”은 아니지만, 28 Gbps PAM-4 + FR-4 + 4 vias + 85 Ω 커넥터 mismatch 조합이라, 패시브 채널 최적화 → 선형 EQ(TX FIR/CTLE) → 비선형 EQ(DFE) 순으로 단계적 최적화를 해야 합니다.

- 28 Gbps PAM-4 → 심볼 레이트 14 Gbaud → UI ≈ 1 / 14 GHz ≈ 71.4 ps

• Nyquist ≈ 7 GHz, 유효 대역은 3차 고조파까지 보면 20 GHz 초반까지 영향을 받습니다.
• FR-4(εr≈4.3, tanδ≈0.02)에서 15 cm 정도면 7–10 GHz에서 대략 수 dB 수준의 IL + via/커넥터 손실까지 합쳐도 “중간 정도 손실 채널”이라고 볼 수 있는 수준입니다.
• PAM-4는 동일 VOD 기준으로 eye step이 1/3로 줄어 SNDR 요구가 커지기 때문에, Eye height 60 mV / BER 10⁻¹² 스펙을 만족하려면 반사와 ISI가 최소화된 채널이 기본 전제입니다.AMD

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목표: via stub 공진 주파수를 Nyquist(7 GHz) + 고조파 대역 바깥으로 밀어냄.

• stub 공진: fres≈c4 Lstubεrf_\text{res} \approx \dfrac{c}{4\,L_\text{stub}\sqrt{\varepsilon_r}}fres​≈4Lstub​εr​​c​ 예시로 FR-4에서 L_stub = 1.5 mm이면 f_res ≈ 24 GHz 수준으로 올라갑니다.
• 가이드라인: - backdrill 해서 stub 길이 < 1 mm 수준으로 줄이기 - 불가하다면 blind/buried via, 또는 “dog-bone” 구조 대신 stub를 최대한 짧게 - via anti-pad/패드 최적화로 via 정전용량 최소화
• 이유: - stub 공진이 eye에 deep notch + 반사 → deterministic jitter(DJ)와 eye height 감소 유발 - 이는 어떤 EQ로도 완전히 없애기 어렵기 때문에 최우선으로 줄여야 합니다.

Trade-off:

• 제조 비용 증가(backdrill, HDI 공정)
• 약간의 DC 저항 증가(크게 문제는 아님)

가정: 시스템 타깃 임피던스는 100 Ω diff, 커넥터가 85 Ω diff.

• 반사계수: Γ=ZL−Z0ZL+Z0=85−10085+100≈−0.081\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} = \frac{85 - 100}{85 + 100} \approx -0.081Γ=ZL​+Z0​ZL​−Z0​​=85+10085−100​≈−0.081 → |Γ| ≈ 0.08, Return Loss ≈ −21.8 dB 수준으로, “치명적이진 않지만 PAM-4에는 부담”입니다.
• 전략: 1. 레이아웃 상에서의 broadband matching 우선 - 커넥터 주변 differential pair를 약간 낮은 Z0 (예: 92–95 Ω)로 설계해 85 Ω 구간과의 임피던스를 점진적으로 연결 (taper) - 커넥터 풋프린트 패드 사이즈, anti-pad, ground via ring 구성 최적화로 로컬 C/L 튜닝 2. 소자 기반 matching은 최후의 수단 - 28 Gbps PAM-4 대역에서는 discrete R/L/C 매칭은 협대역 + 추가 손실 + 공진을 유발할 위험이 커서, RL가 −10 dB 이상으로 나쁘지 않다면 가급적 레이아웃/풋프린트로 해결하는 것이 일반적입니다.

Trade-off:

• Z0를 커넥터 근처에서 낮추면 채널 전반의 IL는 약간 줄어들고, RL 개선 효과
• 과도한 taper/넓이 변화는 반대로 새로운 discontinuity 생성 → EM/Channel sim으로 최적화 필요

- 가능한 한 stripline (dual-stripline) 구조로 동질한 참조면, 낮은 EMI/EMC, 더 예측 가능한 εeff 확보

• 15 cm 구간 전체에서: - Diff Z0: 100 Ω (connector 인근만 약간 낮추는 식의 국부 튜닝) - skew < 2 ps 수준으로 length-match (PAM-4에서는 레벨 skew도 eye height에 직접 영향)
• via 4개는 unavoidable이므로, - reference plane crossing 시 ground via stitching을 충분히 배치 - 각 via transition이 S-parameter 상에서 −15 dB 이하 RL가 되도록 구조 튜닝

패시브 채널이 어느 정도 정리된 후에야 EQ가 “제대로” 일할 수 있습니다.

선형 EQ의 목표는 채널 주파수 응답을 대략 Nyquist 필터 형태로 평탄화하여 eye를 최대한 열고, 남은 잔여 ISI를 DFE에 넘기는 것입니다.Signal Integrity Journal

적용 순서:

1. 채널 S-parameter(혹은 step response) 추출
2. IL(f) 특성을 보고 CTLE의 zero/pole 위치/이득 설정
3. CTLE만 켜고 eye를 확인 → “최소한의 HF boost로 최대 horizontal opening”이 되도록 튜닝

• 일반적으로: - DC/저주파 이득은 낮게, 고주파(수 GHz 이상) 이득은 6–10 dB 정도 boost (15 cm FR-4 + 4 via + 커넥터 수준이면 6–8 dB가 합리적 범위일 가능성이 큼)
• CTLE는 선형 필터이면서도 노이즈까지 증폭하므로, - 너무 aggressive한 HF boost는 SNR 악화 → BER 악화를 초래 - 또한 CDR loop에 들어가는 위상 노이즈 성분까지 올려서 jitter 스펙(15 ps RMS)을 깨뜨릴 수 있습니다.jsts.org

Trade-off:

• 장점: - 채널의 전체 주파수 응답을 한 번에 보정 - DFE가 감당해야 할 post-cursor tail 길이를 줄여줌
• 단점: - HF 노이즈, crosstalk, jitter도 함께 증폭 - 전력/면적 증가, 고이득 셋업에서 선형성/헤드룸 이슈

3-tap FIR은 보통 [pre, main, post] 구조의 FFE(Feed-Forward EQ)로 구현됩니다.위키백과

적용 순서(CTLE 튜닝 후):

1. CTLE로 대략적인 평탄화를 해 둔 상태에서,
2. TX FIR의 tap coefficient를 sweep: - main tap: 기준 이득 (예: 1.0 으로 normalize) - post-cursor tap: −α (0.1–0.3 수준) → high-loss 채널일수록 |α| 증가 - pre-cursor tap: −β (보통 |β| < |α|, 0 혹은 −0.05~−0.1 정도)
3. 각 setting에서 eye height / eye width / jitter / BER를 시뮬레이션하여 최적 포인트 탐색

역할 분담:

• post-cursor tap: 바로 앞 비트에서 오는 ISI 제거 → vertical eye 열기
• pre-cursor tap: 선행 심볼로부터의 coupling(특히 meander 구간 등)을 줄여 jitter 개선
• PAM-4에서는: - level간 거리(step)가 작으므로 “과도한 pre/post 탭”은 eye level 간 비대칭 + overshoot/undershoot를 만들 수 있음

Trade-off:

• 장점: - 채널 IL을 “송신 측”에서 미리 보상 → Rx CTLE/DFE 부담 감소 - RX 입력 SNR이 좋아지므로 DFE의 성능/안정성 개선
• 단점: - de-emphasis로 인해 평균 VOD 감소 → eye height 감소 경향 - 큰 tap 값은 driver 전류/전력 증가 & EMI 증가 - 과도한 emphasis는 overshoot로 인한 추가 jitter, ringing 유발 (특히 via/커넥터 discontinuity와 결합)

실무 플로우에서는, CTLE-only / TX-only / 둘 다 사용 case를 비교해 “Rx 전력 vs Tx 전력 vs 잔여 ISI” trade-off를 보는 것이 일반적입니다.

DFE는 잡음은 증폭하지 않고 post-cursor ISI를 제거하는 데 최적화된 블록입니다.

PAM-4에서 작은 eye height를 확보하는 데 가장 중요한 블록 중 하나입니다.jsts.org

적용 순서(CTLE + TX FIR 셋업 후):

1. CTLE gain / TX tap이 어느 정도 정해진 상태에서
2. DFE tap 수와 tap coefficient를 적응(adaptation)으로 찾게 함: - 3–5 tap 정도의 baud-spaced DFE가 15 cm FR-4 채널에는 통상 충분 - 1st, 2nd tap이 대부분의 post-cursor ISI를 담당하고 이후는 tail 정리
3. DFE 활성화 전후로: - Eye height (특히 중간 두 eye) - Eye width / total jitter - BER curve (bathtub curve) 를 비교하여, DFE가 deterministic jitter와 vertical closure를 얼마나 줄였는지 확인

역할:

• CTLE + TX FIR로도 남는 잔여 ISI tail을 제거
• 반사/echo에 의한 post-cursor 성분도 부분적으로 상쇄
• 결과적으로: - Eye height 증가, deterministic jitter 감소 - Jitter spec(15 ps RMS) 중 ISI 기반 jitter를 크게 줄여줌

Trade-off:

• 장점: - 노이즈를 증폭하지 않으면서 eye를 여는 효과 → PAM-4에 매우 유효 - 긴 채널(>10 dB@Nyquist)까지 커버 가능
• 단점: - error propagation: 잘못된 결정이 다음 심볼에까지 영향을 줄 수 있음 - tap 수가 많을수록 전력, 레이턴시, 복잡도 증가 - high-speed feedback 경로 timing closure가 어려움 (UI=71 ps 안에 동작해야 함)

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• 채널 IL 최소화 + 적절한 CTLE + 온건한 TX FIR + DFE 조합으로 달성: 1. via stub/임피던스 mismatch로 인한 notch/반사를 줄여 순수 IL만 남도록 2. CTLE로 채널 주파수 응답을 flatten하여 전반적인 eye opening 확보 3. TX FIR로 가장 큰 post-cursor ISI를 송신 측에서 미리 줄임 4. DFE로 residual ISI 제거 → 세 개의 PAM-4 eye 모두에서 충분한 step 확보

- UI ≈ 71.4 ps 기준 약 0.21 UI RMS jitter budget.

• Equalization 전략이 jitter에 주는 영향: - 패시브 최적화: 반사 감소 → deterministic jitter 감소 - CTLE: HF 노이즈/위상노이즈까지 증폭 → RJ 증가 가능 → “필요 최소 한도”로만 설정 - 과도한 TX pre-emphasis: overshoot/undershoot + ringing으로 추가 DJ 발생 - DFE: ISI 기반 DJ/vertical closure를 줄이지만, 불안정한 tap adaptation은 오히려 data-dependent jitter를 증가시킬 수 있음
• 따라서 jitter spec 맞추려면: - CTLE gain/zero/pole과 TX tap을 과하지 않게 설정하고 - DFE tap adaptation의 loop bandwidth를 너무 빠르게 잡지 않아 tap coefficient가 흔들리지 않게 설계

- PAM-4에서 10⁻¹² 수준의 BER은 대략 20 dB 이상의 유효 SNDR (per eye) 정도가 필요하다고 알려져 있습니다.AMD

• 이 SNDR를 얻기 위해: - 패시브 채널에서 RL/IL을 정리해 deterministic 성분을 최소화하고 - CTLE/TX FIR/DFE로 ISI를 줄여 margin 확보 - 노이즈 관점에서는: - CTLE gain을 필요 이상의 HF boost로 올리지 않기 - Rx front-end의 입력 리턴로스/노이즈 figure 최적화 - CDR loop filter 설계로 위상 노이즈/트래킹 잡음 제어

실제 설계 플로우를 단계로 요약하면 아래와 같습니다.

1. 채널 모델 확보 - FR-4 stackup, 15 cm trace, 4 via, 85 Ω 커넥터 포함한 3D EM/2D 필드 솔버로 S-parameter 추출
2. Via stub 최적화 - backdrill/HDI 설계로 stub 길이 최소화 → 공진 대역을 20 GHz 이상으로 밀어냄
3. 커넥터/임피던스 최적화 - 커넥터 footprint, taper, Z0 조정으로 RL < −12~−15 dB 수준 확보 - discrete matching network는 필요시 최소한으로만
4. 기본 TX/RX 임피던스 매칭 - 패키지 + board 전체에서 100 Ω diff 일관성 확보
5. CTLE 1차 튜닝 - 채널 IL 기반으로 zero/pole/gain 설정 → 최소한의 HF boost로 eye width 최대화
6. TX 3-tap FIR 최적화 - CTLE 셋업 상태에서 pre/main/post tap sweep - eye height/width/jitter/전력/EMI를 함께 고려해 “온건한” tap 조합 선정
7. DFE 활성화 및 tap 수/계수 튜닝 - 잔여 ISI tail을 커버할 tap 수 결정 (3–5 tap) - adaptation 알고리즘/loop bandwidth 조정 → 안정된 수렴과 jitter 최소화 확보
8. 종합 검증 - Eye height ≥ 60 mV, Jitter < 15 ps RMS, BER < 10⁻¹² 달성 여부 확인 - margin 부족 시: ① CTLE gain/shape 재조정 → ② TX tap 재튜닝 → ③ DFE tap 수/coeff 확장 순으로 추가 최적화

요약하면,

가 28 Gbps PAM-4 + FR-4 + 15 cm 채널에서 제시된 Eye/Jitter/BER 스펙을 만족시키기 위한 가장 합리적인 전략입니다.

원하시면, 대략적인 채널 IL(예: 15 cm FR-4 stripline + via/커넥터 모델 가정)을 숫자로 놓고 “TX FIR tap 값 / CTLE transfer / DFE tap 수”까지 포함한 예제 세팅을 하나 만들어서 COM-like link budget 형태로 정리해 드릴 수도 있습니다.

User: 문제에 대한 당신의 솔루션을 잘 들었습니다.

문제에 대한 당신의 솔루션을 잘 들었습니다. 이제 당신은 당신의 동료 엔지니어들과 독립적으로 고안한 솔루션에 대해 토론해야 합니다. 다른 엔지니어들의 솔루션을 보고,

1. 1: 모든 엔지니어가 동의할 수 있는 것
2. 2: 당신과 다른 엔지니어들의 의견이 다른 부분
3. 3: 중요하지만 당신이 놓치고 다른 엔지니어들이 캐치한 부분
4. 4: 중요하지만 다른 엔지니어들이 놓친 부분
5. 5: 모든 의견을 확인하였을 때 설계상 수정되어야 할 부분(없다면 없다고 대답해도 됩니다.)

을 답변 바랍니다.

엔지니어A: # 28 Gbps PAM-4 SerDes 최적화 전략

문제 분석

먼저 현실 체크부터:

Channel Loss 추정:

• FR-4, tanδ=0.02 @ 7GHz (Nyquist): ~1.2-1.5 dB/cm
• 15cm trace → 약 18-22 dB insertion loss at Nyquist
• PAM-4의 SNR margin이 NRZ 대비 ~9.5dB 불리함

이 조합은 경계선상이다. 동작은 가능하나 margin이 tight할 것.

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최적화 순서 (Passive First → Active Later)

Phase 1: Passive Optimization (먼저 수행)

1. Via Stub Optimization (최우선) Via stub resonance frequency: f_res ≈ c / (4 × stub_length × √εr) 10mil stub → ~18GHz 근처 notch 발생

• Back-drilling 또는 blind via 적용
• Target: stub < 5mil (resonance를 30GHz+ 로 밀어냄)
• Trade-off: 제조 비용 증가, yield 영향

이건 EQ로 복구 불가능한 notch를 제거하므로 반드시 선행되어야 함.

2. Impedance Matching (Connector) Γ = (85-100)/(85+100) ≈ -8% Multiple reflection으로 ISI 악화

• Connector 인터페이스에 tapered transition 또는 π-matching network
• Return loss target: < -15dB @ 14GHz
• Trade-off: board area, 설계 복잡도

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Phase 2: Active Equalization

3. CTLE 설정 (RX, 먼저 tune)

왜 CTLE이 먼저인가:

• Channel frequency response 측정 후 직접 inverse 설계 가능
• DFE는 CTLE 출력을 기반으로 동작

설정 전략: DC gain: 0dB (또는 약간의 attenuation) Peaking frequency: ~7GHz (Nyquist) Peaking gain: 10-14dB (channel loss 기반)

Trade-off:

• High-frequency boost → noise amplification
• PAM-4에서 치명적: SNR이 이미 tight한 상황
• 권장: CTLE로 70% 보상, 나머지는 DFE에 위임

4. TX Pre-emphasis (3-tap FIR)

Tap coefficient 초기값 (channel pulse response 기반 조정 필요): c(-1): +0.1 ~ +0.15 (pre-cursor) c(0): +0.6 ~ +0.7 (main) c(+1): -0.2 ~ -0.25 (post-cursor)

Trade-off:

• Pre-emphasis ↑ → TX swing headroom ↓ → effective eye amplitude ↓
• Main tap이 줄면 far-end amplitude 감소
• 권장: Pre-emphasis로 6-8dB까지만, 과도한 boost 금지

5. DFE (최종 단계)

PAM-4에서 DFE 역할이 중요한 이유:

• CTLE의 noise penalty 없이 post-cursor ISI 제거
• Minimum 3-tap, 가능하면 5-tap 권장

Trade-off:

• Error propagation: PAM-4는 4-level이므로 잘못된 decision이 연쇄 오류 유발
• Timing margin: DFE tap settling이 1UI 내에 완료되어야 함 (28Gbps → ~71ps)
• 권장: 첫 1-2 tap에 energy 집중, 긴 tail은 무시

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EQ Budget 분배 (권장)

| Stage | Compensation | Noise Impact | |-------|-------------|--------------| | Via/Matching | ~2-3dB (notch 제거) | None | | TX FIR | ~6-8dB | Indirect (swing↓) | | CTLE | ~8-10dB | High | | DFE | Residual ISI | None |

Total recoverable: ~18-20dB → 22dB loss channel에서 margin 부족 가능

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Feasibility Assessment

Honest evaluation:

60mV eye height @ BER 10^-12 달성 가능성:

• Best case (모든 최적화 적용): 가능하나 margin < 3dB
• Via stub 미최적화 시: 실패 가능성 높음

Risk factors:

1. FR-4 loss tangent 0.02는 이 data rate에서 aggressive
2. PAM-4의 SNR sensitivity로 인해 CTLE noise가 critical
3. Temperature/voltage variation에서 margin 부족 예상

대안 (만약 spec fail 시):

• PCB material 변경 (Megtron 6: tanδ~0.004) → 가장 효과적
• Trace length 축소 가능 여부 재검토
• Eye height spec 협상 (40mV에서 FEC로 커버)

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Tuning 순서 요약

1. S-parameter 측정 (via stub resonance 확인)
2. Via back-drill 적용
3. Impedance matching 적용
4. CTLE peaking 설정 (channel loss의 60-70% 목표)
5. TX FIR tap 조정 (pulse response 기반)
6. DFE enable, tap adaptation
7. Eye diagram + BER 측정
8. CTLE/FIR 미세 조정 (jitter vs eye height trade-off)

질문: Via stub length나 현재 S21 measurement 데이터가 있으면 더 정량적인 분석이 가능하다.

엔지니어B: 28 Gbps PAM-4 (14 Gbaud, Nyquist 주파수 약 7 GHz) 설계에서, FR-4의 높은 손실과 임피던스 불연속성(Via, Connector)을 극복하고 Spec을 만족시키기 위한 최적화 전략입니다.

이 시스템의 가장 큰 위협 요인은 FR-4의 유전 손실(Signal Attenuation)과 임피던스 불일치로 인한 반사(Reflections causing ISI)입니다. PAM-4는 NRZ 대비 SNR이 약 9.5dB 불리하므로, Eye Height(60mV) 확보가 가장 까다로운 제약 조건이 될 것입니다.

다음은 적용 순서에 따른 최적화 전략과 Trade-off 분석입니다.

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1단계: 채널 물리적 최적화 (Passive Channel Optimization)

가장 먼저 수행해야 합니다. EQ로 해결하기 전에 물리적 채널의 손실과 반사를 최소화해야 Eye Height 마진을 확보할 수 있습니다.

1. Via Stub Optimization (필수)

• 전략: 15cm 배선 중 4개의 Via는 심각한 임피던스 불연속점입니다. 특히 Back-drilling(백드릴링)을 적용하여 Stub 길이를 최소화해야 합니다.
• 이유: Stub는 특정 주파수에서 Resonance(공진)를 일으켜 신호를 급격히 감쇠시키는 Notch Filter 역할을 합니다. 7 GHz 대역폭 내에서 Notch가 발생하면 어떤 EQ로도 복구가 불가능합니다.

2. Impedance Matching (Connector 85Ω)

• 전략: PCB Trace(통상 100Ω)와 커넥터(85Ω) 사이의 급격한 변화를 줄이기 위해 Tapering(테이퍼링) 기법을 적용합니다. 커넥터에 접근하는 Trace의 폭을 서서히 조절하여 임피던스가 부드럽게 변하도록 설계합니다.
• 이유: 15Ω의 불일치는 강한 반사파(Reflection)를 만들어 Eye를 닫게 만듭니다. 이는 DFE 부담을 가중시키므로 물리적으로 완화해야 합니다.

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2단계: 송신단 등화기 (Tx FFE) 튜닝

신호를 쏘는 단계에서 채널 손실을 미리 보상합니다.

3. 3-Tap FIR Filter (Pre-emphasis)

• 전략: Pre-cursor와 Post-cursor를 적절히 사용하여 고주파 성분을 강조합니다. 단, PAM-4에서는 과도한 Pre-emphasis를 지양해야 합니다.
• 적용 포인트: FR-4 15cm는 고주파 감쇠가 크므로 이를 보상하되, Main Tap의 크기를 최대한 유지하는 것이 핵심입니다.
• Trade-off (중요):

   * Pre-emphasis를 강하게 걸면 고주파 손실은 보상되지만, 전체적인 전압 스윙(Low frequency amplitude)이 줄어듭니다.
   * 현재 목표인 Eye Height > 60mV를 달성하기 위해, Tx FFE는 최소한의 ISI 제거용으로만 사용하고, 나머지 보상은 Rx단(CTLE/DFE)으로 넘겨야 합니다.

---

3단계: 수신단 등화기 (Rx EQ) 최적화

감쇠된 신호를 증폭하고 잔여 노이즈를 제거합니다.

4. CTLE (Continuous Time Linear Equalizer)

• 전략: 7 GHz (Nyquist Frequency) 근처에서 Peaking Gain을 갖도록 설정합니다. FR-4의 주파수 의존적 손실(Dielectric Loss)을 평탄화합니다.
• Trade-off: CTLE는 고주파 신호뿐만 아니라 고주파 노이즈와 Crosstalk도 함께 증폭시킵니다. 과도한 Gain은 Jitter Spec(15ps)을 만족시키기 어렵게 만들 수 있으므로, 최적의 DC/AC Gain 비율을 찾아야 합니다.

5. DFE (Decision Feedback Equalizer)

• 전략: 가장 마지막에 튜닝합니다. 앞선 단계에서 제거되지 않은 반사(Reflection)에 의한 ISI를 제거하는 데 탁월합니다.
• 적용 포인트: 4개의 Via와 Connector 불일치로 인해 발생하는 복잡한 반사파는 선형 EQ(FFE, CTLE)로 잡기 어렵습니다. DFE 탭을 사용하여 이를 깎아내야 합니다.
• Trade-off: DFE는 노이즈를 증폭시키지 않고 ISI를 제거하는 장점이 있지만, Error Propagation(에러 전파) 위험이 있습니다. 하지만 현재 BER 목표가 $10^{-12}$로 엄격하므로, DFE의 기여도가 필수적입니다.

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종합 요약 및 제안된 설정 흐름

| 순서 | 기법 | 목표 | 핵심 고려 사항 및 Trade-off | | :-- | :-- | :-- | :-- | | 1 | Via Stub Optimization | Stub Resonance 제거 | Back-drilling 비용 vs 신호 무결성 (필수 적용 권장) | | 2 | Impedance Matching | 85Ω 커넥터 반사 최소화 | PCB Layout 단계에서 Trace Tapering 적용 | | 3 | Tx FFE (3-tap) | 채널 손실 보상 (Coarse) | Eye Height 60mV 사수: 과도한 De-emphasis 금지 | | 4 | Rx CTLE | 고주파 감쇠 복원 | 신호 증폭 vs Noise/Jitter 증폭 균형 | | 5 | Rx DFE | 반사 노이즈(Reflection) 제거 | Via/Connector로 인한 ISI 제거의 핵심 역할 |

결론적 제언: FR-4와 15cm 길이, 다수의 Via를 고려할 때 Insertion Loss보다는 Impedance Mismatch에 의한 Reflection이 BER $10^{-12}$ 달성의 더 큰 장애물이 될 가능성이 높습니다.

따라서, Tx FFE는 약하게(Eye Height 확보) 설정하고, Rx DFE에 의존도를 높여 반사파를 제거하는 전략이 Eye Height > 60mV와 BER 조건을 동시에 만족시키는 최적의 해법입니다.

Assistant: 좋습니다.

좋습니다. 세 사람(저 + A + B)의 답변을 한 번에 놓고 비교해보면 정리가 잘 됩니다. 항목별로 정리하겠습니다.

세 답변에서 사실상 공통으로 깔려 있는 합의는 다음과 같습니다.

1. 패시브 채널 최적화가 최우선 - Via stub는 back-drill/HDI로 최대한 짧게 줄여야 한다. → 공진이 Nyquist(7 GHz) 근처에 걸리면 어떤 EQ로도 온전히 복구 불가능. - 커넥터/배선의 임피던스 불연속은 레이아웃/임피던스 최적화로 먼저 줄이는 것이 우선이다. - “EQ로 덮기 전에 채널을 깨끗하게”가 세 사람 모두의 기본 전제.
2. 최적화 순서의 큰 흐름 - 순서 자체의 세부 차이는 있지만, 공통 구조는: 1. 패시브 채널(PCB stackup, via, connector, Z0) 2. 선형 EQ (TX 3-tap FIR, CTLE) 3. 비선형 EQ (DFE, 마지막 단계) - DFE는 항상 마지막에 켜서 잔여 ISI를 정리하는 블록이라는 점에서 의견 일치.
3. 각 블록의 역할에 대한 인식 - CTLE: FR-4 주파수 의존 손실 보상, 고주파 감쇠를 올려주는 선형 EQ. 동시에 노이즈·지터도 증폭하는 위험. - TX 3-tap FIR: pre/post cursor ISI를 일부 TX 측에서 선형 보상. 과하면 VOD 감소 + overshoot/undershoot. - DFE: 노이즈는 증폭하지 않으면서 post-cursor ISI를 제거하는 핵심 블록. error propagation 위험 존재.
4. PAM-4의 취약성 - PAM-4는 NRZ 대비 SNR margin이 상당히 불리하고, Eye height 60 mV 스펙은 꽤 타이트하다. - 따라서 반사와 ISI를 최소화하고, EQ 노이즈 penalty를 관리하는 것이 필수라는 점에서 모두 동의.

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• 저(제 해법) - 15 cm FR-4 채널을 “중간 정도 손실 채널”로 보고, 적절한 패시브 최적화 + CTLE + TX FIR + DFE면 스펙 진입이 가능하다고 전제했습니다.
• 엔지니어 A - FR-4 손실을 1.2~1.5 dB/cm @Nyquist로 가정 → 15cm에서 18~22 dB IL로 추정. - 여기에 via/커넥터까지 고려하면 “작동은 가능하지만 margin이 매우 타이트”하다고 판단. - 그래서 Megtron 6 같은 저손실 재질, trace 길이 단축, Eye 스펙 완화 + FEC까지 포함한 “플랜 B”를 제안.
• 엔지니어 B - 수치화는 하지 않았지만, FR-4 + 15cm + 여러 via 조합을 매우 공격적인 조건으로 보고, 특히 BER=10⁻¹²을 맞추는 데 큰 위협 요인으로 인식.

→ 요약하면, 저는 다소 낙관 쪽, A는 비관/경계선 쪽, B는 위험성 강조 쪽입니다.

- 저 - 100 Ω ↔ 85 Ω mismatch에 대해 Γ ≈ -0.08, RL ≈ -22 dB 정도로 보고, “좋지는 않지만 치명적 수준은 아니다” 쪽에 가까운 톤이었습니다. - 따라서 discrete matching network보다는 레이아웃(테이퍼, 패드/anti-pad 최적화) 위주로 해결하고, EQ 설계의 주 타깃은 “채널 IL + via”라고 보는 쪽.

• 엔지니어 A / B - 둘 다 임피던스 불일치에 훨씬 더 무게를 둡니다. - A: RL target을 -15 dB 이하 @14 GHz로 놓고, 필요 시 π-matching network까지도 현실적인 옵션으로 언급. - B: 이 mismatch를 DFE 부담을 크게 키우는 주범으로 보고, reflection이 BER을 지배할 수 있다고 강조.

→ 저는 “85 Ω mismatch가 나쁘지만, via stub 같은 요소에 비하면 2차 우선순위”로 봤고, A/B는 “reflection이 이 링크에서 상당히 critical”하다고 보고 있습니다.

- 저 - CTLE: 대략 6–8 dB 수준의 온건한 peaking으로 채널 slope를 크게 줄이는 정도. - TX 3-tap FIR: 특정 tap 값 제안보다는 channel response 기반 sweep → 최적점 탐색에 초점을 두었고, 과도한 emphasis는 지터/EMI 측면에서 위험하다고 보았습니다. - DFE: 3~5 tap으로 잔여 ISI 대부분을 처리.

• 엔지니어 A - CTLE에 10–14 dB 수준까지도 허용 가능한 강한 peaking을 제안, “채널 loss의 70%는 CTLE로, 나머지는 DFE로”라는 fairly aggressive 전략. - TX FIR에는 구체적인 tap 값(c(-1), c(0), c(+1))까지 제시하며, 6–8 dB 정도 보상 예상.
• 엔지니어 B - TX FFE는 약하게, Eye height를 지키는 선에서만 사용하고 DFE의 역할을 상대적으로 크게 보는 전략입니다. - CTLE는 필수지만, 노이즈·지터 문제가 있어 gain을 과하게 주지 않는다는 점은 저와 유사.

→ 정리하면,

• A: CTLE 비중이 가장 크고, DFE로 나머지를 턴다.
• B: DFE 비중이 가장 크고, TX FFE는 최소, CTLE는 중간.
• 저는: CTLE/FFE/DFE를 비교적 균형 있게 나누되, CTLE는 너무 과하지 않게 잡자는 쪽입니다.

- 저: 28 Gbps 대역에서 R/L/C 디스크리트 매칭은 협대역 + 추가 손실/공진 위험이 크므로 “최후의 수단”으로만 고려해야 한다고 봤습니다.

• 엔지니어 A: π-matching network를 현실적인 설계 옵션으로 좀 더 전면에 올려놨고, RL target 미달 시 적극 고려하는 뉘앙스.
• 엔지니어 B: 언급 없음 (암묵적으로 레이아웃 기반 tapering 중시).

1. 정량적인 IL 추정 & EQ budget 비교 (엔지니어 A) - A는 “tanδ=0.02, 15 cm”를 바탕으로 18–22 dB @Nyquist라는 구체적인 IL 추정을 했고, 이에 맞춰 Via/Matching ≈ 2–3 dB, TX FIR 6–8 dB, CTLE 8–10 dB, DFE residual 형식으로 EQ budget을 수치화했습니다. - 저는 “중간 정도 손실 채널”이라고만 두고, 실제 loss vs EQ capability를 수치로 맞춰 보는 분석이 빠져 있었습니다. → 이건 설계 타당성 검증에서 굉장히 중요한 부분입니다.

1. “실패 가능성”을 전제로 한 플랜 B 제시 (엔지니어 A) - A는 margin이 거의 없을 수 있다는 전제 하에: - 저손실 재질(Megtron 등)로의 전환, - Trace length 재협상, - Eye height spec 완화 + FEC 활용 같은 시스템 레벨 대안을 제시했습니다. - 저는 “이 정도면 맞춰질 것”이라는 가정 아래 최적화 전략만 제시하고, 만약 안 맞으면 무엇을 바꿀지에 대한 계획은 제시하지 않았습니다.
2. Reflection(임피던스 mismatch)이 BER에 미치는 상대적 중요도 (엔지니어 B) - B는 “이 링크에서 BER을 깨는 더 큰 요인은 손실 그 자체보다는 via/connector mismatch에서 오는 복잡한 반사 패턴일 수 있다”고 강조합니다. - 저는 IL + RL을 모두 중요하게 다루긴 했지만, reflection을 채널 특성 중 최우선 위험 요인으로 부각시키지는 않았습니다.
3. TX FFE를 Eye height 관점에서 ‘의도적으로 약하게’ 쓰자는 전략 (엔지니어 B) - B는 PAM-4에서 Eye height > 60 mV가 가장 타이트하다는 것을 전제로, TX FFE를 “손실 보상보다는 ISI 약간 줄이는 보조 수단 정도로 두고, swing을 보존하자”고 명확히 못박았습니다. - 저는 FFE의 역할을 비교적 균형 있게 두되, Eye height 관점에서 “FFE는 약하게”라는 정책 수준의 명시는 부족했습니다.
4. PVT(온도/전압) variation에서 margin 축소 가능성 (엔지니어 A) - A는 FR-4, Tx/Rx 콘디션이 바뀌었을 때 margin이 더 줄어든다는 점을 짚었습니다. - 저는 PVT에 따른 margin 축소를 명시적으로 언급하지 않았습니다.

1. 85 Ω 커넥터 mismatch의 실제 규모에 대한 수치 기반 판단 - 저는 Γ ≈ -0.081 (약 8% mismatch), RL ≈ -21.8 dB 근사치를 언급하며, “확실히 좋진 않지만, 단일 인터페이스 기준으로는 via stub이나 전체 IL보다 상대적으로 덜 치명적일 수 있다”고 정리했습니다. - A/B는 85 Ω를 상당히 ‘큰 문제’로 취급하지만, 수치상 어느 정도 레벨인지를 구체적으로 짚지는 않았습니다. - 이 차이 덕분에, “connector 대응에 discrete matching까지 써야 하는가?” 같은 설계 판단을 좀 더 냉정하게 내릴 수 있습니다.

1. Discrete 매칭 네트워크(π network 등)에 대한 강한 주의 - 저는 7 GHz 이상 대역에서 discrete RLC 매칭이 협대역·공진·추가 손실을 불러와 더 큰 문제를 만들 수 있다고 보고, 레이아웃 기반 broadband matching을 우선하고 디스크리트 매칭은 ‘마지막 수단’으로 봐야 한다고 했습니다. - A는 π-matching을 비교적 적극적인 옵션으로 언급했는데, 실제 양산/EMI까지 포함하면 꽤 큰 리스크입니다.
2. 지터(budget) 관점에서 EQ를 본 것 - 저는 Jitter < 15 ps RMS를 위해: - CTLE가 phase noise와 HF 노이즈까지 증폭해서 RJ를 키울 수 있고, - 과도한 TX pre-emphasis가 overshoot/undershoot + ringing으로 deterministic jitter를 늘릴 수 있으며, - DFE의 tap adaptation bandwidth가 너무 크면 tap이 흔들리며 data-dependent jitter를 만드는 문제를 강조했습니다. - A/B도 노이즈/지터를 언급하지만, 지터 budget 관점에서 CTLE/FFE/DFE를 나눠 보는 구조적인 시각은 상대적으로 덜 드러나 있습니다.
3. PCB 레벨 세부 설계: skew, stripline, GND via stitching - 저는: - 가능한 stripline/dual stripline 사용, - P/N skew < 2 ps 수준으로 length match, - reference-plane crossing 시 충분한 GND via ring 구성 등을 명시적으로 언급했습니다. - A/B도 암묵적으로 가정했을 수 있으나, 고속 diff pair에서 상당히 중요한 디테일이라 explicitly 짚어두는 것이 가치 있습니다.
4. DFE adaptation loop 설계에 대한 언급 - 저는 DFE에 대해 “tap 수뿐 아니라 adaptation loop bandwidth를 어떻게 잡느냐”가 지터와 안정성에 직결된다고 강조했습니다. - A/B는 error propagation은 언급하지만, adaptation 동특성(tap 업데이트 속도)에 따른 지터 영향은 다루지 않았습니다.

모든 의견을 다 본 뒤에, 제가 보기에는 “초기 설계/전략 문서”에 다음과 같은 보완이 필요합니다.

1. 채널 IL에 대한 정량적 검증을 반드시 선행 단계로 넣기 - “FR-4 15 cm면 중간 정도 손실일 것이다” 수준의 가정보다는, - 실제 stackup, via, 커넥터 포함 S-parameter 측정/EM 솔브로 Nyquist 기준 IL(dB)을 먼저 확인해야 합니다. - 그 값에 따라: - IL ≤ ~12–14 dB라면: 현 EQ 구성으로 현실적인 타겟. - IL ≥ ~18 dB 수준이라면: A가 제안한 것처럼 - 저손실 재질 검토, - trace 길이/레이어 재협상, - FEC/스펙 조정까지 시스템 레벨 대책을 설계 문서에 명시해야 합니다.
2. 공식적인 “EQ budget 표”를 설계 산출물에 포함 - A의 방식처럼, 예를 들어: - Via/Matching/레이아웃으로 확보: X dB - TX 3-tap FIR: Y dB (예: 4–6 dB) - CTLE peaking: Z dB (예: 6–8 dB, 최대 70% loss 보상) - DFE: residual ISI (수치화는 어렵지만, 커버 가능한 tail 길이/예상 margin 기재) - 이런 식으로 눈금이 있는 budget을 정의해 두어야, 후반에 “왜 margin이 안 나오지?”라는 상황을 줄일 수 있습니다.
3. 커넥터 85 Ω 대응 정책 재정의 - “무조건 π-matching” vs “레이아웃 taper만”이 아니라: 1. 우선 목표: 커넥터 인근 RL < -15 dB @0~14 GHz. 2. 1차 수단: 패드/anti-pad 최적화, taper, GND via 구조 등 레이아웃 기반 broadband matching. 3. 이걸로도 RL이 -10 dB 이상으로밖에 안 나오면, 그때 discrete matching을 case-by-case 검토 (가능하면 피한다는 전제 명시). - 즉, discrete 매칭은 default 옵션이 아니라 예외 처리라는 점을 설계 방침에 써두는 것이 좋습니다.
4. TX FFE 사용 정책: Eye height 우선, 과도한 emphasis 금지 - B의 포인트를 반영해서, - TX 3-tap FIR는 “ISI 완화 + 약간의 고주파 보상” 수준으로 제한하고, - main tap 전압을 희생하면서까지 큰 de-emphasis를 거는 것은 금지한다는 가이드라인을 넣는 것이 좋습니다. - 즉, Eye height 60 mV 스펙이 타이트하므로, FFE로 얻는 dB보다 줄어드는 swing을 항상 같이 체크하는 절차를 명문화.
5. CTLE/DFE 설계에 ‘지터 budget’ 관점을 명시적으로 반영 - CTLE: peaking gain 상한을 지터 budget 관점에서 정의 (예: HF noise/RJ 증가를 감안해, 특정 peaking 이상은 금지). - DFE: tap 수뿐 아니라 adaptation loop bandwidth 목표를 문서화 (CDR와 상호작용, data-dependent jitter 방지). - 이렇게 해야 Jitter < 15 ps RMS라는 스펙이 단순 수치가 아니라 EQ 설계 파라미터의 상·하한을 규정하는 기준으로 작동합니다.
6. “실패 시 대응 플랜”을 스펙 문서에 추가 - A가 언급한 것처럼, 만약 채널 측정 결과와 EQ 튜닝 후에도 margin이 <~2–3 dB 수준이라면: - PCB 재질 변경, - trace 길이 재조정, - FEC 도입, - 또는 Eye height spec/BER spec 재협상 등을 공식 옵션으로 정의해 두는 것이 좋습니다. - 즉, “이 구성이 무조건 된다고 가정”하기보다는, fail case에 대한 의사결정 트리를 설계 문서에 포함하는 보완이 필요합니다.

정리하면,

• 기본 전략(패시브 우선 → CTLE/TX FFE → DFE)과 각 블록의 역할/트레이드오프에 대해서는 세 사람이 충분히 합의된 상태입니다.
• 다만 채널 손실 정도와 margin, reflection vs IL의 상대 중요도, 그리고 discrete 매칭 사용 여부를 둘러싸고 시각 차이가 있고,
• 이 차이를 반영해 설계 문서에는 정량적 채널 평가 + EQ budget + 실패 시 플랜을 추가하는 것이 바람직해 보입니다.

이 정도까지 반영하면, 세 엔지니어의 의견을 상당히 잘 통합한 설계 전략이 될 것입니다.

User: 다른 엔지니어들도 스스로의 결과물과 다른 엔지니어들의 결과물을 비교하고, diff를 내놓았습니다.

다른 엔지니어들도 스스로의 결과물과 다른 엔지니어들의 결과물을 비교하고, diff를 내놓았습니다. 이 때, 다른 엔지니어들의 서로간의 결과물 불일치와 '설계 사항 수정 필요'에 대한 인식을 고려했을때, 서로의 인식이 이제 공통된 최종 설계안을 내놓을 수 있을 만큼 충분히 좁혀졌다고 생각하시나요?

아래는 다른 엔지니어들의 분석입니다.

엔지니어 A: # 솔루션 비교 분석

#1. 모든 엔지니어가 동의하는 사항

핵심 전략 순서:

• Passive first → Linear EQ → Nonlinear EQ (DFE) 순서
• Via stub optimization이 최우선 (back-drilling 필수)
• 85Ω 커넥터는 layout taper로 해결 (discrete matching 지양)

EQ Trade-off 인식:

• CTLE는 noise도 증폭 → 과도한 HF boost 금지
• TX FIR의 de-emphasis는 VOD/eye height 감소 유발
• DFE는 noise penalty 없이 ISI 제거 가능 → PAM-4에서 핵심

정량적 합의:

• UI ≈ 71ps, Nyquist ≈ 7GHz
• DFE 3-5 tap이면 15cm FR-4 채널에 충분

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#2. 의견이 다른 부분

| 항목 | 내 분석 | 엔지니어 B | 엔지니어 C | |------|---------|-----------|-----------| | Channel Loss | 18-22 dB @ Nyquist (aggressive) | 언급 없음 | "수 dB 수준" (낙관적) | | 주요 위협 | Insertion Loss | Reflection이 더 큰 장애물 | 둘 다 balanced | | Feasibility | Margin < 3dB, tight | DFE 의존으로 가능 | 충분히 가능 | | CTLE/TX 순서 | CTLE 먼저 | TX FFE 먼저 언급 | CTLE 먼저 |

핵심 쟁점: Loss 추정의 괴리

C의 "수 dB 수준"은 과소 추정으로 보임: FR-4 tanδ=0.02 @ 7GHz → ~0.8-1.2 dB/cm (dielectric loss만) + conductor loss + via/connector 15cm 전체 → 15-20 dB 범위가 현실적

B의 "Reflection이 더 큰 장애물" 주장은 일리가 있음. 4 via + 85Ω mismatch 조합에서 반사가 누적되면 deterministic jitter가 상당할 수 있음.

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#3. 내가 놓친 중요 포인트

엔지니어 C가 캐치:

1. Skew < 2ps 요구 — PAM-4에서 differential skew가 eye height에 직접 영향. 언급 안 했음.
2. Ground via stitching — layer transition 시 return path discontinuity 최소화. 4 via 환경에서 critical.
3. Stripline 권장 — EMI/EMC + 예측 가능한 εeff 확보. Microstrip 대비 장점.
4. CDR loop filter 설계 — Jitter spec 15ps RMS 맞추려면 CDR 위상 노이즈 제어가 필요.

엔지니어 B가 캐치:

1. DFE의 reflection 제거 역할 강조 — 나는 DFE를 주로 "residual ISI 정리"로 봤는데, B는 via/connector 반사파 제거에 DFE가 핵심이라고 명시. 이 채널에서는 맞는 지적.

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#4. 다른 엔지니어들이 놓친 부분

내가 제시했으나 다른 엔지니어들이 미언급:

1. 정량적 feasibility 경고

• Total recoverable ~18-20 dB vs 예상 loss 22 dB → margin 부족 가능성
• B, C 모두 "가능하다"는 tone이나, 실패 시나리오와 대안을 제시하지 않음

1. PCB material 변경 대안

• Megtron 6 (tanδ~0.004)로 변경 시 loss 50%+ 감소
• Spec fail 시 가장 효과적인 escape route

1. Temperature/Voltage variation

• Room temp에서 margin 3dB면, corner에서 fail 가능
• Production margin 확보 관점 미언급

1. Via stub resonance 정량 계산

  10mil stub → f_res ≈ 18GHz (3rd harmonic 영향권)
  5mil stub → f_res ≈ 36GHz (안전)
  구체적 target 없이 "최소화"만 언급

1. Error propagation의 PAM-4 특수성

• 4-level decision이므로 NRZ 대비 error propagation 영향이 더 심각
• C가 언급은 했으나 깊이가 부족

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#5. 설계상 수정되어야 할 부분

수정 권장 사항:

1. Loss budget 재검토 필요

• C의 "수 dB" 추정은 위험. 실제 S21 측정 또는 정밀 시뮬레이션 필수.
• 현 조건에서 margin이 tight하다는 인식 공유 필요.

1. EQ budget 분배 조정

• B의 지적대로 TX FIR은 conservative하게, DFE 의존도 증가가 이 채널에 적합
• 내 초기 제안 (TX FIR 6-8dB) → 4-6dB로 하향 조정 권장

1. 설계 순서 명확화

  Via stub opt → Impedance match → CTLE tune → TX FIR tune → DFE enable
  B는 TX를 CTLE 앞에 두었으나, CTLE 먼저 설정하고 TX로 미세조정이 더 체계적 (C와 동의)

1. 추가 검토 항목 (모두 누락)

• Crosstalk 영향 (aggressor가 있다면)
• Power supply noise → jitter budget 영향
• Package parasitics

결론: 세 솔루션의 기본 전략은 일치하나, loss 추정의 현실성과 margin 확보 전략에서 차이가 있음. B의 reflection 강조와 C의 layout detail(skew, stitching)을 반영하여, 좀 더 conservative한 EQ budget과 명확한 fallback plan(material 변경)을 포함하는 방향으로 통합하는 것이 적절함.

엔지니어 B: 세 명의 엔지니어(저, A, C)의 의견을 종합하여, 28 Gbps PAM-4 SerDes 설계에 대한 최종 토론 결과를 정리해 드립니다.

#1: 모든 엔지니어가 동의하는 것 (Consensus)

1. "물리적 채널 최적화(Passive)가 최우선이다"

   * EQ(Equalizer) 튜닝 전에 Via와 Connector에서 발생하는 문제를 해결하지 않으면, 어떤 알고리즘으로도 Spec(특히 BER $10^{-12}$)을 만족시킬 수 없다는 점에 만장일치했습니다.
   * 특히 Via Back-drilling은 필수입니다. Stub로 인한 공진(Resonance/Notch)은 EQ로 복구 불가능하다는 데 이견이 없습니다.

1. PAM-4의 SNR 취약성 인식

   * PAM-4는 전압 레벨 간격이 좁아 노이즈에 매우 취약하므로, 과도한 고주파 부스팅(High-frequency boosting)을 피해야 한다는 원칙에 동의했습니다. CTLE나 Tx FFE를 너무 강하게 쓰면 Noise와 Crosstalk이 증폭되어 BER이 망가집니다.

1. 임피던스 매칭 전략

   * Connector(85Ω)와 PCB(100Ω) 불일치는 소자(L/C)를 추가하는 방식보다는, Layout 상의 Tapering(점진적 패턴 폭 조절)으로 해결해야 한다는 점에 동의했습니다. 14GHz 대역에서 소자 추가는 기생 성분(Parasitics) 때문에 위험합니다.

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#2: 의견이 갈리는 부분 (Divergence)

1. Tx FFE와 Rx CTLE의 "강도(Strength)" 조절

   * 엔지니어 A: CTLE 이득을 10-14dB까지 높여 손실의 상당 부분(70%)을 보상하자고 제안했습니다.
   * 엔지니어 C & 저(B): CTLE 이득은 6-10dB 수준으로 제한해야 한다고 보았습니다.
   * 토론 결론: FR-4 손실이 크긴 하지만, A의 14dB 제안은 노이즈 증폭 위험이 너무 큽니다. C와 저의 의견대로 CTLE는 보수적으로(낮게) 잡고, 부족한 부분은 노이즈 증폭이 없는 DFE로 채우는 방식이 PAM-4 Eye Height(60mV) 확보에 유리합니다.

1. DFE의 역할에 대한 관점

   * 엔지니어 C: DFE를 주로 잔여 ISI Tail을 제거하는 용도로 보았습니다.
   * 저(B): DFE를 Via/Connector 반사(Reflection)를 제거하는 핵심 수단으로 강조했습니다.
   * 토론 결론: 두 역할 모두 중요하지만, 4개의 Via와 85Ω Mismatch가 있는 이 시스템에서는 DFE가 단순 ISI 제거를 넘어 반사파 상쇄에 실패하면 BER 목표 달성이 어렵습니다. 따라서 DFE 탭 최적화에 가장 큰 가중치를 두어야 합니다.

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#3: 중요하지만 제가 놓쳤고, 다른 엔지니어들이 캐치한 부분 (Missed by Me)

1. 정량적인 손실(Loss) 계산과 현실성 (엔지니어 A)

   * FR-4에서 15cm면 Nyquist(7GHz)에서 약 18~22dB 손실이 발생한다는 구체적인 수치를 제시했습니다. 이 수치는 시스템이 "동작은 하지만 마진이 거의 없는(Borderline)" 상태임을 명확히 보여줍니다. 제가 정성적으로만 접근했던 위험성을 수치로 증명했습니다.

1. Skew 제약 조건 (엔지니어 C)

   * Differential Pair 간의 길이 차이(Skew)가 2ps 미만이어야 한다는 점을 지적했습니다. PAM-4는 4개의 레벨을 쓰기 때문에, 약간의 Skew만 있어도 Eye가 수직으로 닫혀버립니다. 이는 Layout 단계에서 치명적인 체크 포인트입니다.

1. Ground Via Stitching (엔지니어 C)

   * Layer를 바꿀 때 신호 Via 옆에 Ground Via를 박아 리턴 패스(Return Path)를 확보해야 한다는 점을 구체적으로 명시했습니다. 이는 임피던스 연속성을 유지하는 데 필수적입니다.

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#4: 중요하지만 다른 엔지니어들이 놓친 부분 (My Contribution)

1. Eye Height(60mV) 사수를 위한 "Tx FFE 약화" 전략

   * 다른 엔지니어들은 ISI 제거를 위해 Tx Pre-emphasis를 적절히 써야 한다고 했지만, 저는 "Tx FFE를 쓰면 쓸수록 전체 전압 스윙(Voltage Swing)이 줄어들어 60mV Spec을 못 맞출 위험이 크다"는 점을 강력히 경고했습니다.
   * 따라서 Tx 쪽은 ISI를 완벽히 잡으려 하지 말고 최소한만 적용한 뒤, 전압 감쇠가 없는 Rx DFE에 모든 짐을 떠넘기는 "비대칭 전략"이 이 시스템의 유일한 살길임을 강조했습니다.

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#5: 설계상 수정되어야 할 부분 (Action Items)

모든 엔지니어의 분석을 종합할 때, 현재 주어진 조건(FR-4, 15cm)은 실패 확률이 매우 높습니다. 따라서 다음 사항들이 설계에 반영되어야 합니다.

1. PCB 자재 변경 (강력 권고)

   * 엔지니어 A의 지적대로 20dB가 넘는 손실은 위험합니다. FR-4 대신 Megtron-6나 Isola 계열의 Low-loss 자재로 변경하면 손실을 10dB 초중반으로 줄일 수 있어 성공 확률이 비약적으로 상승합니다. (비용 증가 vs 개발 실패 리스크 비교 필요)

1. Via Back-drilling 및 Anti-pad 확장 (필수 반영)

   * 일반 Via 공정으로는 불가능합니다. Back-drilling을 공정 시방서에 명기하고, Via 주변의 Anti-pad 사이즈를 최적화하여 정전용량(Capacitance)을 줄여야 합니다.

1. Layout 가이드라인 추가

   * Connector 부근: Trace 폭을 서서히 줄이는 Tapering 적용.
   * Skew 관리: < 2ps (약 0.3mm 길이 차이 이내)로 엄격 관리.
   * Via 부근: Ground Via Stitching 필수 배치.

결론: 현재 스펙대로 FR-4를 고집한다면 "동작은 하되 수율(Yield)이 안 나오는" 불안정한 제품이 될 것입니다. 자재 변경이 가장 시급한 수정 사항입니다.

Assistant: 결론부터 말하면,

결론부터 말하면,

• 아키텍처/전략 레벨에서는 이제 충분히 공통 인식이 형성됐다고 봐도 됩니다.
• 다만 FR-4로 갈 것인지 / 저손실 재질로 상향할 것인지, 그리고 실제 채널 손실이 얼마인지는 “데이터와 비즈니스 결정”이 필요한 미해결 항목입니다. → 그래서 “최종 설계 방침 초안”을 하나로 내는 것은 가능하지만, “FR-4로 그대로 양산해도 된다”는 수준의 완전 확정 설계까지 합의되었다고 보기는 이릅니다.

아래에서 조금 쪼개 보겠습니다.

세 사람 분석을 다 보면, 다음 항목들은 더 이상 큰 이견이 없습니다.

1. 플로우 / 구조 - Passive 최적화 → CTLE/TX FIR 등 Linear EQ → DFE 순서 - Via stub back-drilling은 필수 수준으로 인식 (stub 최소화, 공진 대역 밖으로 밀기) - 85 Ω 커넥터는 레이아웃 taper 및 footprint 최적화로 broadband matching, discrete π-matching은 최후의 수단 또는 사실상 지양.
2. EQ 블록의 역할과 사용 원칙 - CTLE: - 채널 slope 보정용, HF noise/jitter도 같이 키우므로 보수적으로 사용 - A의 10–14 dB peaking 제안은 토론 끝에 과한 쪽으로 정리되고, 6–10 dB 정도의 conservative 범위에 수렴. - TX FFE (3-tap): - PAM-4에서 Eye height 60 mV를 지키려면 과도한 de-emphasis 금지 - ISI 완화 + 일부 HF 보상이 목적이지, 채널 loss를 대부분 떠안는 구조는 아님. - DFE: - 잔여 ISI + via/connector reflection까지 포함해 처리하는 핵심 블록으로 인식이 정리. - 3–5 tap 수준이면 이 채널 길이에서는 충분하다는 점도 사실상 합의.
3. 레이아웃/채널 디테일 - Differential skew는 2 ps 이내 관리 필요 (PAM-4 eye 에 직접 영향). - Via transition 시 ground via stitching 및 return path 정합 필수. - 가능하면 stripline/dual-stripline 구조 권장.
4. 위험 인식 - PAM-4 특성상 SNR margin이 타이트하고, CTLE/FFE를 세게 쓰면 noise/jitter로 BER 스펙을 깨먹는다는 점에 공감. - FR-4 + 15 cm + 4 via + 85 Ω mismatch 조합이 “borderline”에 가깝다는 인식도 A, B, 그리고 제가 후속 분석에서 모두 인정하는 방향으로 수렴했습니다.

→ 이 정도면 “채널/EQ 아키텍처와 설계 철학”에 대해선 충분히 한 목소리라고 봐도 됩니다.

완전히 정리되지 않은 포인트는 “개념”보다는 스펙·비용·리스크를 어디까지 감수할 것인가에 가깝습니다.

1. FR-4 그대로 갈 수 있느냐 vs 저손실 재질로 올라가야 하느냐 - A: IL을 18–22 dB @ Nyquist로 보고, margin < 3 dB라며 상당히 비관적; Megtron급 material을 강력한 fallback/대안으로 명시. - B: 한 걸음 더 나가서 “FR-4 고집 시 동작은 해도 수율이 안 나올 수 있다”는 톤; 자재 변경을 거의 “사실상 필수에 가까운 권고”로까지 끌어올림. - 저는(=C): 초기에는 다소 낙관적이었지만, A의 정량 손실 추정과 두 사람의 분석을 반영해서 이 채널 구성이 borderline임을 인정하는 쪽으로 업데이트했음. → 요약하면: “FR-4로도 spec은 맞출 수 있다” vs “맞춘다 해도 양산/수율은 위험하다”의 차이입니다. 이건 기술 논쟁이라기보다는 리스크·원가·타깃 마진에 대한 경영 판단 영역입니다.
2. CTLE/FFE/DFE에 배분할 수 있는 실제 dB budget - 대략적인 range(CTLE 6–10 dB, TX FFE 4–6 dB 정도, 나머지 DFE)는 공유됐지만, “실제 IL이 정확히 몇 dB냐”에 따라 이 숫자는 바뀌어야 합니다. - 이건 더 이상의 말싸움이 아니라 S-parameter 측정/정밀 EM 시뮬레이션으로만 결론이 나는 영역입니다.

제 입장에서 정리하면:

• Yes (조건부) - 공학적 프레임워크(채널 설계 원칙, EQ 구조, 설계 순서, 주요 파라미터의 upper/lower bound)는 세 사람의 견해가 충분히 수렴했습니다. - 따라서 지금 상태에서: - “FR-4 베이스 통합 설계 플로우” - “저손실 자재 사용 시 완화되는 제약(길이, EQ 강도 등)” 를 한 문서에 묶은 공통 최종 설계 방침서는 작성 가능합니다.
• 다만, 두 가지는 ‘추가 결정/데이터’가 있어야 한다 1. 실제 채널 IL 측정/시뮬레이션 결과 - S-parameter 기반으로 Nyquist 및 그 이상에서 IL, RL, group delay 등 확인 - 이걸 본 뒤에야 “FR-4로 가도 되는지”와 “EQ margin이 몇 dB 남는지”가 실제로 보입니다. 2. 비즈니스 레벨에서 허용 가능한 리스크/원가 - FR-4 유지 시: 개발 난이도↑, EQ tuning 난이도↑, BER/수율 리스크↑, 원가↓ - 저손실 재질 시: 원가↑, 설계/튜닝 난이도↓, 마진↑ - 이 trade-off는 세 엔지니어의 기술 의견을 넘어서, 제품 전략/원가 목표로 결정해야 합니다.

따라서 제가 제안하는 포맷은:

이렇게 하면,

• 세 엔지니어가 합의한 설계 원칙과 플로우는 공통 base로 쓰고,
• 여전히 남아 있는 “FR-4를 어디까지 허용할 것인가”는 계측 데이터와 경영 의사결정으로 마무리할 수 있습니다.

그 의미에서, “최종 설계 방침(초안)을 하나로 낼 수 있을 정도로 인식은 충분히 좁혀졌다”고 보는 것이 타당하고, “완전한 단일안(특히 재질까지 고정된 양산안)”은 아직 계측과 경영 판단이 더 필요하다 라고 정리하는 것이 현실적인 답이라고 생각합니다.

User: 좋습니다.

좋습니다. 사실 당신이 3명의 엔지니어 중에서는 제일 선임입니다. 따라서 지금까지의(이 최종 설계 방침에 대한 초안까지 해서) 다른 엔지니어들이 낸 의견까지 모두 취합하여, 최종 설계 방침에 대한 문서를 작성해주세요.

해당 문서는 다른 Team과 경쟁하여 Lead Engineer가 평가 후, 인사고과에 반영될 것입니다.

엔지니어 A: # 수렴 상태 평가

결론: 대부분 수렴됨. 최종 설계안 도출 가능.

단, 2-3개 파라미터에 대해 명시적 합의가 필요함.

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수렴된 핵심 사항 (합의 완료)

| 항목 | 합의 내용 | |------|----------| | 설계 순서 | Passive → Linear EQ → DFE | | Via stub | Back-drilling 필수, stub < 1mm | | Connector matching | Layout taper 우선, discrete는 최후 수단 | | EQ 철학 | Conservative boost, noise penalty 최소화 | | DFE 역할 | ISI + Reflection 제거의 핵심 블록 | | Feasibility | Tight margin, 실패 시 플랜 필요 | | Fallback | Megtron 6 등 저손실 재질 변경 |

C가 초기에 "수 dB" 손실로 낙관했던 부분도, 내 18-22dB 추정을 수용하는 방향으로 정리됨.

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아직 명시적 합의가 필요한 파라미터

1. CTLE Gain 상한

| 엔지니어 | 제안 | |----------|------| | A (나) | 10-14 dB (channel loss 70% 보상) | | B | 6-10 dB (conservative) | | C | 6-8 dB (conservative) |

Gap: 내가 좀 더 aggressive. B/C의 논거(noise amplification → jitter/BER 악화)가 PAM-4에서 더 valid함.

→ 제안: 8-10 dB로 절충. 측정 후 조정.

2. TX FIR 보상량

| 엔지니어 | 제안 | |----------|------| | A (나) | 6-8 dB | | B | 최소한 (eye height 보존 우선) | | C | 과도한 emphasis 금지, 구체 수치 없음 |

Gap: B가 "TX는 약하게, DFE에 의존"을 강하게 주장.

→ 제안: 4-6 dB로 하향. B의 eye height 논리가 60mV spec에서 더 중요.

3. Material 변경 Trigger 기준

모두 "측정 후 결정"이라고 했으나, 구체적 threshold가 없음.

→ 제안: 측정 IL > 18 dB @ Nyquist면 material 변경 또는 FEC 협의 시작.

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최종 설계안 도출을 위한 제안

세 엔지니어 모두 "정량적 EQ budget 표"와 "실패 시 의사결정 트리"가 필요하다고 인정했으므로, 다음 형태로 정리하면 합의 완료:

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 28 Gbps PAM-4 Link Budget (Proposed Consensus) │ ├─────────────────────────────────────────────────────────┤ │ Channel Loss (estimated)  : 18-22 dB @ 7GHz │ │ ───────────────────────────────────────────────────── │ │ Via/Matching (passive)  : 2-3 dB recovery │ │ TX 3-tap FIR  : 4-6 dB (conservative) │ │ CTLE  : 8-10 dB (max) │ │ DFE  : Residual ISI + Refl. │ │ ───────────────────────────────────────────────────── │ │ Total recoverable  : ~16-19 dB │ │ Expected margin  : 0-3 dB (TIGHT) │ ├─────────────────────────────────────────────────────────┤ │ FALLBACK TRIGGER: │ │ IF measured IL > 18dB → Escalate material change │ │ IF margin < 2dB after tuning → FEC + spec negotiation │ └─────────────────────────────────────────────────────────┘

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최종 판단

예, 최종 설계안 도출 가능.

남은 gap은 수치 범위의 미세 차이이며, 위 표처럼 "conservative 쪽 값 + 측정 후 조정"으로 정리하면 세 엔지니어 모두 수용할 수 있는 수준.

한 가지 주의: B가 "FR-4 고집하면 수율 문제"라고 강하게 경고했는데, 이건 설계 문서에 risk statement로 명기하는 것이 적절함. "동작은 할 수 있으나 production margin 확보 불확실"이라는 문구로.

엔지니어 B: 네, 다른 엔지니어들(A, C)의 분석과 제(B) 의견을 모두 종합해본 결과, 우리의 인식은 최종 설계안을 확정할 수 있을 만큼 충분히 좁혀졌습니다.

초기에는 손실(Loss)에 대한 낙관론/비관론의 차이와 EQ 튜닝의 세부 순서에 이견이 있었으나, 상호 교차 검증을 통해 "Risk-Averse(위험 회피형) 설계"로 방향이 수렴되었습니다. FR-4와 15cm라는 조건이 'Borderline(경계선)'에 있다는 사실을 모두가 인정했기 때문입니다.

이에 따라 세 엔지니어의 핵심 기여를 통합한 [최종 합의된 28Gbps PAM-4 설계 가이드라인]을 정리하여 제출합니다.

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최종 합의 설계안: 28Gbps PAM-4 SerDes Implementation Plan

1. Go/No-Go 및 자재 결정 (Risk Management)

• 기본 자재: FR-4 (Cost 제약으로 유지하되, Risk 등급 'High' 설정)
• Fail-Safe Plan (엔지니어 A 제안 채택): 초기 SI 시뮬레이션에서 Nyquist(7GHz) 손실이 -20dB를 초과할 경우, 즉시 Megtron-6(또는 동급 Low-loss 자재)로 변경하도록 프로젝트 매니저(PM)와 사전 협의한다.
• 사전 검증: Layout 단계 전, 가상 Stack-up을 통한 3D EM Simulation으로 S21(Insertion Loss)과 S11(Return Loss)을 반드시 추출하여 마진을 확인한다.

2. 물리적 레이아웃 가이드라인 (Passive Channel)

엔지니어 C의 Layout Detail과 A/B의 Stub/Matching 전략 통합

| 항목 | 설계 기준 (Spec) | 근거 및 출처 | | :-- | :-- | :-- | | Via Stub | Back-drilling 필수 (Stub length < 10mil, Target 5mil) | A, B, C 공통 (Resonance 제거) | | Skew | < 2 ps (±0.15mm) | 엔지니어 C (PAM-4 Eye Opening 확보) | | Trace Type | Stripline (Dual-stripline 권장) | 엔지니어 C (EMI, Cross-talk 제어) | | Connector | Layout Tapering 우선 (Discrete 소자 지양) | 엔지니어 C (Broadband matching), A/B 동의 | | Return Path | Signal Via 인근 GND Via Stitching 필수 (최소 1개 이상) | 엔지니어 C (Impedance Continuity) | | Z0 Matching | Connector Pad 부근 국부적 Impedance 90~95Ω 설계 | 엔지니어 A, C (Refection 완화) |

3. Equalization 전략 및 예산 (Active EQ Budget)

엔지니어 B의 "Eye Height 사수" 전략과 A/C의 "Jitter/Noise 관리" 통합

• 기본 원칙: Tx는 약하게(Swing 보존), CTLE는 적당히(Noise 억제), DFE는 강력하게(Reflection/ISI 제거).

[EQ Tuning Sequence & Budget Limit]

1. Step 1: Rx CTLE (First Pass)

   * 설정: Channel Loss의 약 50~60%만 보상. (Target: 6~9dB Peaking)
   * 제약: 엔지니어 A/C 의견 반영 - 과도한 HF Boost 금지 (Noise Amplification 방지).

1. Step 2: Tx FFE (Fine Tuning)

   * 설정: Pre-cursor 약하게, Post-cursor 위주 설정.
   * 제약: 엔지니어 B 의견 반영 - Total De-emphasis < 4~5dB 제한.
   * 목표: Eye Height > 60mV를 최우선으로 확보하기 위해 DC Swing 희생을 최소화함.

1. Step 3: Rx DFE (Final Cleanup)

   * 설정: 3~5 Tap 활성화.
   * 역할: 엔지니어 B/C 의견 통합 - Residual ISI 제거뿐만 아니라 Via/Connector 반사(Reflection) 제거에 집중.
   * 주의: 엔지니어 C 의견 반영 - Adaptation Loop Bandwidth를 최적화하여 Tap Wandering에 의한 Jitter 증가 방지.

4. 검증 및 디버깅 시나리오 (Validation Flow)

• Scenario A: Eye Height 부족 시 (<60mV)

   * Tx FFE의 Strength를 줄인다 (Swing 확보).
   * Rx DFE Tap 비중을 높인다.

• Scenario B: Jitter/BER Fail 시

   * Rx CTLE Gain을 낮춘다 (Noise 증폭 의심).
   * Tx Pre-cursor를 미세 조정한다 (Edge Transition 개선).
   * CDR Loop Bandwidth를 점검한다 (엔지니어 C 제안).

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최종 결론 및 시각화

우리는 이제 "이대로 설계하면 된다"는 확신을 가질 수 있습니다. 서로 달랐던 부분은 "안전 마진(Safety Margin)"을 확보하는 쪽(보수적 설계)으로 통일되었습니다.

이 최적화 과정을 엔지니어들에게 공유하기 위해 흐름도로 시각화했습니다.

이제 이 설계 가이드라인을 바탕으로 Layout 팀에 작업을 지시하고, S-parameter 추출 시뮬레이션을 시작하면 되겠습니다.

Assistant: 다음은 Lead Engineer 제출용 최종 설계 방침Document Draft v1.0입니다.

다음은 Lead Engineer 제출용 최종 설계 방침(Document Draft v1.0)입니다. (내부 공유/리뷰를 전제로 한 기술 설계 기준서 형식으로 작성하겠습니다.)

28 Gbps PAM-4 SerDes 설계 방침서

(FR-4, 15 cm, 4 vias, 85 Ω Connector 환경)

작성자: Lead SerDes Architect 버전: v1.0 용도: Link 설계/레이아웃/PHY 팀 공통 기준 및 Go/No-Go 판단 근거

1. 목적 및 범위

본 문서는 다음 조건 하에서 28 Gbps PAM-4 SerDes 링크를 설계하기 위한 최종 공통 방침을 정의한다.

• 채널 조건 - PCB: FR-4 (εr ≈ 4.3, tanδ ≈ 0.02 @ 10 GHz) - Trace 길이: 15 cm (레이아웃 제약상 필수) - Via: 4개 (layer transition 불가피) - Connector: 85 Ω differential 구간 존재 (나머지 시스템 타깃 100 Ω diff)
• 링크 스펙 - Data rate: 28 Gbps PAM-4 (14 Gbaud) - UI ≈ 71.4 ps, Nyquist ≈ 7 GHz - Eye height ≥ 60 mV @ Rx - Jitter (RMS) < 15 ps - BER < 10⁻¹²

FR-4 + 15 cm + 4 via + 85 Ω mismatch 조합은 Borderline(경계선) 링크로 간주하며, 본 문서는 이 조건에서 달성 가능한 최대 margin을 확보하는 Risk-Averse 설계 기준을 제시한다.

2. 설계 철학 및 전체 전략

2.1 기본 철학

1. Passive First EQ로 복구가 어려운 손실/불연속(특히 via stub 공진, 심한 mismatch)은 레이아웃/구조에서 먼저 제거한다.
2. Conservative Linear EQ CTLE/Tx FFE는 noise/jitter penalty를 최소화하는 범위 내에서만 사용한다.
3. DFE Heavy / PAM-4 친화 설계 PAM-4에서 전압 여유가 매우 작으므로, 전압 swing을 깎지 않는 DFE를 최대한 활용한다.
4. Risk-managed FR-4 채택 FR-4를 baseline으로 하되, 측정/시뮬레이션 결과에 따라 저손실 재질로의 전환을 트리거한다.

2.2 최상위 설계 플로우

1. Pre-layout 채널 모델링 및 Loss Budget 산정
2. Stack-up, via, connector 포함한 Passive Channel 최적화
3. Post-layout EM/채널 시뮬레이션 → IL/RL/Skew 검증
4. Rx CTLE 1차 튜닝 (slope 보상, conservative gain)
5. Tx 3-tap FFE 튜닝 (eye height 우선, de-emphasis 제한)
6. Rx DFE 활성화 및 tap/adaptation 최적화
7. Eye/Jitter/BER 측정 및 margin 분석
8. Margin 부족 시 Fallback Decision Tree 수행 (자재 변경, FEC 도입, spec 조정 등)

3. 채널 손실 및 리스크 평가

3.1 손실 예측

• FR-4 (tanδ ≈ 0.02) @ 7 GHz 기준: - 유전 손실만으로도 대략 0.8–1.2 dB/cm 수준의 감쇠 가능 - 15 cm → ~12–18 dB
• 여기에: - Conductor loss - 4개의 via 손실/반사 - 85 Ω connector 인근 discontinuity 를 포함하면, 실질적인 Insertion Loss @ Nyquist는 18–22 dB 영역으로 추정한다.

→ 이 링크는 동작 가능성은 있으나 margin 0–3 dB 수준의 매우 타이트한 채널로 정의한다.

3.2 공식 Risk Statement

• FR-4 + 15 cm 조건은: - Eye height 60 mV, BER 10⁻¹², Jitter < 15 ps RMS 스펙을 만족시키더라도 PVT 변화 및 생산 편차(Pkg/PCB 공정 오차 등)에서 베어링될 margin이 매우 제한적이다.
• 설계 문서에는 다음 문구를 명시한다. > “본 링크는 FR-4 기준 Borderline 채널이며, > 실측 Nyquist 손실 및 bring-up 결과에 따라 > 저손실 재질 적용, FEC 도입, spec 조정이 필요할 수 있다.”

4. Passive Channel 설계 기준

4.1 Stack-up 및 라우팅

• Stack-up - 가능하면 stripline 또는 dual-stripline 구조 사용 - EMI/EMC 우수, εeff 안정, crosstalk 관리 용이
• Diff pair - Target Zdiff: 100 Ω (connector 인근에 한해 90–95 Ω로 local tuning 허용) - Pair 간 길이 차이(skew): |Δt| < 2 ps (≈ 0.3 mm 이내) → PAM-4 eye 수직 closure를 막기 위한 필수 요구사항

4.2 Via 설계 및 Back-drilling

• Via 개수: 4개 (불가피)
• 설계 기준: - Back-drilling 필수 - Stub length target: < 5 mil (~0.125 mm) (실제 공정상 최대 허용: 10 mil 이내) - Stub 공진 주파수: fres≈c/(4Lstubεr)f_\text{res} \approx c / (4 L_\text{stub} \sqrt{\varepsilon_r})fres​≈c/(4Lstub​εr​​) - 10 mil stub → ~18 GHz (3rd harmonic 영향) - 5 mil stub → ~36 GHz (안전 영역)
• Anti-pad 최적화 - Via 주변 anti-pad를 조정해 via 정전용량 감소 → 임피던스 연속성 개선

4.3 Connector 통합 및 임피던스 매칭

• Connector 구간: 85 Ω differential
• 정책: 1. 레이아웃 기반 broadband matching 우선 - 커넥터 전/후 구간의 diff pair 폭을 조절하여 100 Ω → ~90–95 Ω로 서서히 전환(tapering) - Connector pad/anti-pad, ground via ring을 조정해 국부 임피던스를 평탄화 2. Discrete 매칭 네트워크는 최후의 수단 - 7 GHz 이상에서 discrete RLC는 협대역 공진 및 추가 손실 유발 가능성 큼 - RL이 −10 dB 수준 이상으로만 확보되면, 소자 추가는 지양
• 목표: - Connector 인근 Return Loss: RL < −15 dB @ 0–14 GHz

4.4 Return Path 및 GND Via Stitching

• Layer transition 시: - Signal via 양 옆에 GND via를 최소 1개 이상 배치 - Reference plane crossing이 있는 경우, GND via array로 return path를 명확히 제공
• 목적: - 임피던스 불연속 최소화 - reflection 및 모드 변환 억제

5. Active Equalization 전략 및 Budget

5.1 EQ 역할 분담 개요

• CTLE (Rx) - FR-4의 주파수 의존 손실을 부분적으로 보상 - HF noise/crosstalk/위상 노이즈까지 증폭 → conservative 사용
• TX 3-tap FIR (FFE) - Pre-/Post-cursor ISI 일부 보상 - De-emphasis 과다 시 Rx 단 전압 swing 감소 → Eye height 악화
• DFE (Rx) - Post-cursor ISI 및 via/connector에서 기인한 reflection 성분 제거 - 노이즈는 증폭하지 않음 → PAM-4에서 핵심 EQ 블록 - Error propagation, timing closure 이슈 고려 필요

5.2 EQ Budget (Consensus 값)

28 Gbps PAM-4 EQ Budget (Consensus Proposal)

Estimated Channel Loss @ 7 GHz : 18–22 dB

Passive (via/matching/layout)   : 2–3 dB 효과 (notch 제거, RL 개선)
TX 3-tap FIR (FFE)              : 4–6 dB (conservative de-emphasis 한도)
CTLE (Rx)                       : 8–10 dB peaking (상한)
DFE (Rx)                        : residual ISI + reflection 보상

Total recoverable (linear + DFE): ~16–19 dB
Expected margin                 : ~0–3 dB (TIGHT)

5.3 CTLE 설계/튜닝 가이드

• 목적: - 채널 IL의 약 50–60%만 보상 - 과도한 HF boost로 인한 noise/jitter 악화를 방지
• 설정 가이드: - DC gain: 0 dB 또는 약간 attenuation (headroom 확보) - Peaking frequency: 6–8 GHz 중심 - Peaking gain (max): 8–10 dB (실사용: 6–9 dB 권장)
• 튜닝 순서: 1. 채널 S-parameter에서 IL(f) 확인 2. CTLE zero/pole/peaking 설정 → eye width 최대화, jitter 확인 3. HF noise 증가 경향이 보이면 peaking 1–2 dB 감소

5.4 TX 3-tap FIR (Pre-emphasis) 가이드

• 기본 구조: [pre, main, post] 3-tap FFE
• 정책: - Eye height ≥ 60 mV를 최우선 - 총 de-emphasis 효과는 4–6 dB 이내로 제한
• 초기 값 예시 (정규화 기준): - main tap c₀ ≈ 0.65–0.75 - post tap c₊₁ ≈ −0.20 ~ −0.25 - pre tap c₋₁ ≈ −0.05 ~ −0.10
• 튜닝 포인트: - post-cursor ISI가 크면 |c₊₁|를 조금 증가시키되, eye height 저하 감시 - pre-cursor 영향이 크지 않으면 c₋₁는 0 또는 매우 작게 유지

5.5 DFE 설계/튜닝 가이드

• Tap 수: - 3–5 tap baud-spaced DFE (1st, 2nd tap에 대부분의 에너지 집중)
• 역할: - CTLE + Tx FFE로도 남는 post-cursor tail 및 복합 reflection 성분 제거
• 주의사항: - Error propagation: - PAM-4 4-level decision 특성상 잘못된 결정 시 연속 오류 위험 - Tap weight saturation 방지, adaptation 알고리즘 안정성 중요 - Adaptation loop bandwidth: - 너무 빠르면 tap wandering → data-dependent jitter 증가 - CDR loop와 상호작용 고려하여 설정

6. Jitter 및 BER 설계 관점

• UI ≈ 71.4 ps, RMS jitter < 15 ps → 약 0.21 UI
• Jitter budget은 다음 성분으로 나눈다. 1. Random Jitter (RJ): PLL/clock/thermal noise - CTLE에서 HF noise 증폭 시 RJ 증가 2. Deterministic Jitter (DJ): ISI, reflection, crosstalk - Via/connector 최적화, Tx FFE/DFE 튜닝으로 최소화 3. CDR-induced Jitter: Loop bandwidth, peaking 영향
• BER < 10⁻¹² 달성을 위해: - PAM-4 eye별 유효 SNDR ~20 dB 이상 확보 필요 (경험적 기준) - CTLE gain 설정 시 SNR vs eye opening vs jitter를 동시에 평가 - Tx FFE/DFE 튜닝은 항상 BER 및 bathtub curve를 함께 확인

7. Go/No-Go 및 Fallback 정책

7.1 측정 기반 Go/No-Go 기준

1. Pre-layout / Pre-prototype 단계 - 3D EM or 2D 필드 솔버로 S-parameter 도출 - Nyquist(7 GHz)에서: - Insertion Loss |S21|: - IL ≤ 18 dB → FR-4 유지 가능 구간(조건부 Go) - IL > 18 dB → 자재 변경 및 FEC 협의 트리거 - Return Loss |S11|: - RL < −15 dB 목표 (특히 connector/via 구간)
2. Bring-up / 실측 단계 - CTLE/Tx FFE/DFE 최적화 후: - Eye height ≥ 60 mV - RMS jitter < 15 ps - BER < 10⁻¹² @ 실온 및 corner 일부 - 이 조건에서 링크 margin(eye/jitter/BER sweep 기준) < ~2 dB일 경우: - 저손실 재질 전환 또는 FEC/재전송 도입, spec 재협상을 PM과 논의

7.2 Fallback 옵션

1. PCB 자재 변경 - Megtron-6 등 tanδ ~0.004급 재질 사용 시: - IL 대폭 감소 (~50% 이상 감쇠 개선) - CTLE/Tx FFE 요구치 완화, margin 증가
2. FEC 도입 - Eye height spec 완화(예: 40 mV 수준) + FEC로 BER 목표 유지
3. Trace 길이/탑얼레이 조정 - 레이아웃 제약 재검토 여지가 있을 경우 15 cm → shorter 옵션 검토
4. 제품 스펙 조정 - 내부/고객 협의를 통해 Data rate, BER spec, 채널 길이 스펙 재조정

8. Validation & Debug Playbook

8.1 Validation 절차 요약

1. 채널 S-parameter 측정 (fixture de-embedding 포함)
2. SerDes internal eye / BER / jitter 측정
3. CTLE gain sweep → best eye width/height/jitter 포인트 찾기
4. Tx FFE tap sweep (제약: de-emphasis ≤ 6 dB) → eye/jitter 평가
5. DFE tap 수 및 adaptation parameter sweep
6. 최종 corner (V/T) 및 crosstalk 시나리오 테스트

8.2 Debug 가이드

• Case A: Eye height 부족 (< 60 mV) - Tx FFE de-emphasis 감소 → main tap swing 회복 - DFE tap 수 증가 또는 tap weight 재학습 - 필요 시 CTLE peaking 1–2 dB 증가 (noise/jitter 동시 모니터링)
• Case B: Jitter 과다 (> 15 ps RMS) - CTLE gain 감소 (HF noise/RJ 감소) - Tx pre-cursor overshoot/undershoot 확인 → c₋₁ 축소 - CDR loop bandwidth / peaking 설정 확인
• Case C: BER 플로어 존재 - DFE error propagation 의심 → adaptation speed/algorithm 조정 - 특정 reflection 지점 (via, connector) 재검토 → PCB 리비전 검토

9. 요약 및 책임 분장

• 채널/레이아웃 팀 - Stack-up, via back-drilling, connector footprint, tapering, GND via 구조 설계 - Skew < 2 ps 관리, S-parameter 제공
• SerDes/PHY 팀 - CTLE/Tx FFE/DFE/PLL/CDR 파라미터 세트 정의 - Bring-up 스크립트, EQ tuning 알고리즘 구현
• 시스템/PM - IL 측정 결과에 따른 FR-4 유지 vs 저손실 재질 전환 결정 - Margin/수율 vs BOM 비용 trade-off 최종 결정 - FEC/재전송/스펙 조정 여부 결정

본 문서는 세 엔지니어의 독립 분석을 통합하여, 동일 채널 환경에서 어떤 팀이 설계를 하더라도 동일한 방향의 결론과 튜닝 전략에 도달하도록 하기 위한 공통 기준이다.

이 기준을 기반으로 실제 레이아웃/채널 모델/SerDes 설정 값을 채워 나가면, 28 Gbps PAM-4 링크에서 요구 스펙(Eye ≥ 60 mV, Jitter < 15 ps, BER < 10⁻¹²)을 최대한 보수적으로, 그러나 현실적인 비용 수준에서 달성할 수 있다.