25GBase-T

—— Вопрос 1 ——

Какие сложности с внедрением 10g, 25g base t ethernet. Сколько мощности надо отдать в кабель? Кпд системы, отдающей мощность. Есть ли смысл в ingaas(p), sic элементной базе для цап преобразования. Особенности получаемого аналогового сигнала. Есть ли смысл в некремниевых решениях.

—— Вопрос 2 ——

Ты оппонент si решений. Подбери качественное решение на не si компонентах для 10G, 25G base-t. Снизит ли требования к передаче, если дискретизацию dac поднять. Дешевизну не упоминай. Это задача оппонента. Твоя задача - качество

—— Ответ ——

Короткий вывод

• 10GBASE‑T «живой», но сложный: сигнал до ~500 МГц, PAM‑16, THP/DFE, тяжёлое подавление эха/XT, очень жёсткие маски ПСП и ЭМС. В кабеле реально рассеиваются считанные десятки мВт на пару; КПД «порт → кабель» низкий (единицы процентов).
• 25GBASE‑T (802.3bq, 30 м на Cat8) практически не полетел именно из‑за мощности/сложности. Чтобы сделать его «аудиофильно» качественным, нужна топовая аналоговая часть. Это как раз территория III‑V.
• Некремниевые технологии имеют смысл: InP/SiGe для ЦАП/АЦП и тактов, GaN (а не SiC) для линейного драйвера. Выигрыши — в линейности, джиттере, динамическом диапазоне и запасе по FEC/EVM. SiC для этой задачи смысла почти не имеет.
• Повышение дискретизации ЦАП умеренно снижает требования к аналоговой полосе/фильтрам и убирает квантование из полосы; но кабельные impairments и сложность DSP это радикально не упрощает.

1. Сколько мощности реально уходит в кабель и КПД «порт → кабель»

• Ключевые сложности 10G/25GBASE‑T
• Канал: 4 пары, full‑duplex, сильное эхо, NEXT/FEXT, инсершн‑лосс >40 dB @500 МГц (Cat6A, 100 м). Для 25GBASE‑T — ещё шире полоса (≈1…2 ГГц) и выше потери (Cat8, ≤30 м).
• Сигнал: многоуровневый PAM (10G — PAM‑16), предыскажение THP, высокий crest factor (≈12–14 dB), строгие спектральные маски/ЭМС: «влить больше мощности» нельзя — ограничит маска ПСП.
• Приём: гибрид + аналоговое подавление эха до АЦП (иначе АЦП зашивается), затем цифровое эхоподавление, FEXT/NEXT‑канселлеры, LDPC. Требования к джиттеру клоков — жёсткие (десятки фс RMS).
• Питание: львиная доля уходит в DSP, АЦП/ЦАП и линейный драйвер с большим динамическим диапазоном, а не «в кабель».

1. Сколько мощности реально уходит в кабель и КПД «порт → кабель»

• Из‑за ограничений ПСП типичный средний уровень передаваемой мощности — «порядок десятков мВт на пару» для 10GBASE‑T. По интеграции маски по полосе 500 МГц это даёт примерно 10–30 мВт/пара, то есть 40–120 мВт на все 4 пары.
• Пиковые моменты (из‑за crest factor и THP) кратно выше среднего — драйвер должен держать сотни мВт мгновенно в 100‑Ом дифф. нагрузку без помятия уровней.
• КПД с точки зрения «мощность в кабеле / потребление порта» обычно мал:10GBASE‑T: 2–8% (порт 1.5–4 Вт; в кабеле десятки‑сотни мВт суммарно по 4 парам).
• 25GBASE‑T: ожидаемо ещё ниже (порт 5–8+ Вт при схожих «десятках мВт» в кабеле) — одна из причин слабой практической востребованности.

1. Есть ли смысл в InGaAs(P), SiC для ЦАП/АЦП/драйвер

• InP HBT / InGaAs pHEMT — да:ЦАП/АЦП: выше fT/fmax, ниже джиттер в клоках/делителях/буферах, ниже glitch energy у сегментированных current‑steering ЦАП, лучший SFDR/IMD при ГГц‑полосе. Реалистично получить >70 dB SFDR в 1–2 ГГц полосе и эффективные 9–10 ENOB на гигавыборах, что заметно улучшает EVM/BER‑запас при PAM‑16/ПАМ‑больше.
• Передний тракт RX: линейные, малошумящие TIA/LNA для гибрида и аналого‑эхоканцеллера с большим динамическим диапазоном без перегруза от локального TX.
• SiGe BiCMOS — практичный «несиликоновый» компромисс: именно в нём сегодня делают лучшие многогигагерцовые АЦП/ЦАП и клоки с феноменально низким фазовым шумом. Для качества — это референс.
• GaN HEMT — для линейного драйвера пары:Огромный запас по току/напряжению без входа в насыщение, высокая линейность и малая «память» при ВЧ‑нагрузке 100 Ом, устойчивость к реактивности гибрида/трансформатора.
• В паре с цифровой преддисторсией можно опустить IMD3/IMD5 ниже −65…−70 dBc на 1–2 ГГц полосе и снизить вклад нелинейности в EVM.
• SiC — скорее нет:Отличен для силовой электроники/квазистатики, но fT/шумы/зарядовые эффекты проигрывают InP/GaN в ГГц‑аналоговой роли. Для 10/25GBASE‑T пользы почти не даёт.

1. Особенности аналогового сигнала BASE‑T, важные для железа

• Многоуровневый PAM с THP: уровни неравновероятны, есть предыскажение (история), следовательно:Повышенный crest factor → драйвер с большим линейным запасом.
• Требование к монотонности/точности ступеней ЦАП (DNL/INL, динамическая сегментация).
• Full‑duplex по паре: передаём и принимаем одновременно. Значит:Шикарный гибрид/магниты (низкий перекос, широкая полоса), аналоговое эхоподавление до АЦП, иначе динамический диапазон RX не схлопнется.
• ЭМС/ПСП: строгие маски → усилить «на глаз» нельзя; улучшать надо линейностью, джиттером, эквализацией и точностью уровней.

1. Повышение дискретизации ЦАП: снизит ли требования к передаче

• Что реально улучшает:Меньше требований к аналоговым реконструкционным фильтрам и «хвостам» изображений.
• Ниже in‑band квантование (при многобитном ЦАП + шумоформирование) → лучше EVM, можно уменьшить предыскажение амплитудой без потери SNR.
• Проще цифровые предыскажения/предэмфазу в широком ДПФ без аналоговых артефактов.
• Чего не решает:Потери/XT/эхо кабеля и объём DSP для их компенсации.
• Маску ПСП/ЭМС — «громче» всё равно нельзя.
• Практика качества: 4–8× OSR у многобитного (8–12 б) сегментированного current‑steering ЦАП на InP/SiGe + 2‑й/3‑й порядок шумоформирования даёт 9–15 dB снижения внутриполосного шума по сравнению с «минимально достаточной» частотой. Это прямо конвертируется в запас по EVM/BER.

1. Референс‑архитектура качественного не‑Si решения (10G/25GBASE‑T)

• Такт/PLL:InP/SiGe VCO/PLL с фазовым шумом <−100 dBc/Hz @10 кГц и суммарным джиттером <50 fs RMS в полосе интереса. Тщательная топология буферов, дифф‑распространение, автокалибровка.
• Цифровая часть (неизбежно CMOS, но упор на качество аналоговой периферии):LDPC/THP/DFE/FEXT‑канселлеры с высоким разрешением коэффициентов и адаптацией.
• ЦАП TX:InP/SiGe, 10–12 бит эффективного, 3.2–6.4 GS/s (для 10G; 6–10 GS/s для 25G с запасом), сегментированный current‑steering, термокалибровка, динамическая рандомизация матрицы для снижения спеккла.
• Встроенный цифровой предысказчик нелинейности драйвера (DPD) и кабеля.
• Линейный драйвер линии:Двухтактный дифференциальный GaN HEMT с высокой обратной связью по току/напряжению, IMD3 <−70 dBc на рабочей полосе и пике выходного напряжения, достаточный headroom для crest factor 14 dB без компрессии.
• Точная термостабилизация смещения, чтобы не плавали уровни PAM.
• Гибрид/магниты:Широкополосные трансформаторы и СМС‑дроссели премиум‑класса (низкий рассогласованный разброс, минимальная паразитная ёмкость/индуктивность), симметрия дифф‑пути, контроль общего режима.
• Аналоговый эхоканцеллер на InP (вставка тюнингуемых ответвителей) до АЦП для разгрузки динамического диапазона приёмника.
• RX‑вход и АЦП:InP/SiGe LNA/TIA с очень высоким линейным динамическим диапазоном (IIP3 высокий, шум низкий).
• АЦП 10–12 ENOB в 1–2 ГГц полосе, 2–4 GS/s (10G) / 4–6 GS/s (25G) с цифровой калибровкой ошибок каналов/межкаскадной несовместимости.
• Печатная плата/интеграция:Ко‑упакованная Si DSP + III‑V/SiGe АФЕ на общем интерпосере, контролируемые дифф‑линии, минимальные паразитики, локальные LDO с очень низким шумом, развязки на каждом каскаде, термостабилизация кристаллов.

Ожидаемый эффект от такой архитектуры

• Снижение суммарного вносимого EVM на 2–4 dB против «хорошей CMOS‑реализации», рост запаса по BER/FEC, лучшая работа на реальном «грязном» канале (alien XT, краевые частоты), лучшая устойчивость к джиттеру и температуре.
• Возможность работать ближе к «тихим» уровням ПСП, иногда — чуть увеличить достижимую длину на Cat6A для 10G или расширить окно стабильности 25G на Cat8 (в пределах стандарта).
• Минусы: энергопотребление АФЕ может вырасти, сложность/габариты и тепловой менеджмент — серьёзные. Но вы просили исключительно про качество.

Ответы по пунктам вопроса

• Сложности 10G/25GBASE‑T: широкая полоса, многоуровневый PAM с большим crest factor, full‑duplex и жёсткое эхоподавление, сильный XT, жёсткие маски ПСП/ЭМС, высочайшие требования к клокам/линейности/калибровке.
• Сколько мощности «отдать в кабель»: порядок десятков мВт на пару (10–30 мВт типично для 10G; у 25G шире полоса, но маски строже — остаётся «десятки мВт»). Пики кратно выше среднего.
• КПД системы «порт → кабель»: обычно 2–8% (10G), ещё меньше у 25G.
• Смысл InGaAs(P)/SiC: InP/InGaAs — да (ЦАП/АЦП/клок/эхоканцеллер), SiC — почти нет; для драйвера имеет смысл GaN.
• Особенности аналогового сигнала: PAM‑M с THP, высокий crest factor, строгие маски ПСП, full‑duplex с глубокой аналоговой эхокомпенсацией, требование к линейности и очень низкому джиттеру.
• Поднять дискретизацию ЦАП: полезно для качества (шум, образы, предыскажения), но не снимает кабельные ограничения и не делает задачу DSP проще. Это «инкремент качества», не «чудо‑лекарство».

Если нужно, могу конкретизировать: подобрать семейства InP/SiGe ЦАП/АЦП и GaN драйверов, наметить целевые спецификации EVM/IMD/SFDR по уровням PAM‑16/ПАМ‑3/ПАМ‑x, и разложить тепловой бюджет по узлам.