面向数据中心的超高速光模块板级信号完整性研究

【目的】人工智能的高速发展对数据中心算力提出了更高的要求。光模块作为数据中心光/电互连的核心器件,其设计也将迎来巨大挑战。随着光模块速率的不断提升,信号完整性问题成为制约光模块性能不可忽视的瓶颈。因此为了设计出满足数据中心光互连,特别是高性能计算场景速率要求的超高速光模块,需要对光模块内部高速链路进行优化设计。【方法】文章以一款双密度4通道小型可插拔(QSFP-DD)光模块设计方案为例,对光模块中影响信号完整性的因素进行了仿真优化。具体工作为,从理论角度分析了链路上引起信号完整性问题的部分,如过孔和球栅阵列(BGA)焊球,并讨论了优化这些性能的改进方法。特别是分析了针对50 GHz以上频段信号传输的优化方法,使高速链路能实现超高速4阶电平脉冲幅度调制(PAM4)信号低损耗传输。另外,还研究了整体高速通道的传输性能,并利用4端口矢量网络分析仪进行了测试。【结果】研究结果表明,该设计方案能够达到所需的传输带宽并且能有效削弱谐振。全通道仿真结果显示所有通道传输带宽内回波损耗低于-15 dB,插入损耗低于3 dB,可实现224 Gbit/s PAM4信号低损耗传输,同时测试结果与仿真结果基本相符,证明文章所提设计方案能满足数据中心高速光互连对光模块速率的需求。【结论】文章所提光模块信号完整性设计方法对今后超高速光模块设计具有重要的指导意义,同时也可以为其他各类高速电路设计提供参考。

过渡金属Pd掺杂AsP结构及其吸附甲醛和一氧化碳的性能研究

基于第一性原理方法,研究了单层本征磷砷AsP和过渡金属钯(Pd)掺杂磷砷AsP的结构,并对比研究了本征和掺杂后的AsP吸附甲醛(HCHO)和一氧化碳(CO)气体分子的稳定性、能带结构、态密度以及电荷差分密度.研究结果表明:经Pd掺杂后AsP由半导体转变为导体;本征AsP吸附一氧化碳最稳定的位置为P-As键顶上,吸附甲醛最稳定的位置为P原子顶上;本征吸附时气体分子与基底之间的距离在3Å左右,气体分子与基底之间未形成化学键.过渡金属Pd原子掺杂AsP后形成两种结构,分别为Pd原子替换超胞结构中的As原子或P原子.两种掺杂结构分别吸附一氧化碳或甲醛气体分子时,除了Pd原子替换AsP中的As原子形成的结构吸附甲醛的吸附能未明显增加外,其余掺杂结构吸附一氧化碳或甲醛的吸附能和电荷转移较本征吸附时均显著增强,吸附CO分子时,C原子与Pd原子之间形成了化学键.特别是,Pd原子替换AsP中的P原子形成的结构对一氧化碳和甲醛气体分子的吸附性能明显强于Pd原子替换AsP中的As原子所形成的结构.