随着产业加速迈向800G以太网与光互连，工程师面临着新的挑战，即如何在前所未有的速度下管理电磁干扰(EMI)，同时确保信号完整性。转向112G脉冲幅度调制4(PAM4) SerDes技术，不仅带来了更快的边沿速率和更密集的频谱内容，也显著提高了辐射与传导发射的风险。
同时，紧凑的模块外形规格(如QSFP-DD与OSFP)将高速传输通道、DC-DC转换器与控制电路压缩在狭小空间内，增加了串扰与噪声耦合的可能性。电力传输噪声、屏蔽不足以及回流路径设计不佳，都可能让一个在实验室运行成功的800G设计，到了EMI辐射测试中因不符规范而失败。
为了避免在产品开发后期出现意料之外的问题，必须自PCB层级开始，系统性地解决EMI问题，并在堆叠、布线与接地决策中，兼顾高速信号完整性与实际制造可行性。
本文将为工程师提供可落实的PCB设计策略，以降低800G系统中的EMI，同时在数据中心与电信环境中维持高性能。
布局考虑
对于chip-to-chip的112G PAM4传输而言，关键频率为奈奎斯特频率(Nyquist frequency)，也就是波特率(baud rate)的一半。由于PAM4每个符号可编码2位，因此：
波特率 = 比特率的一半。以112Gbps为例，112 Gbps / 2 = 56 Gbaud。
奈奎斯特频率 = 56 Gbaud / 2 = 28 GHz。
对于112G中距离PAM4传输，29GHz时的最大插入损耗应控制在20dB以内。Megtron 7材料在29GHz时的损耗因子(Df)仅0.003，属于“极低损耗”等级，非常适合112G应用。Df值越低，材料对信号能量的损耗越少，越能让原始信号强度有效传递至接收端。
这有助于保持PAM4各级间的关键振幅差异，进而降低位误码率(BER)。相比之下，低成本的FR-4材料在此频率下的Df值约为0.015，对112G PAM4而言损耗过高。
孔径与屏蔽性能
为了避免EMI，在设计时必须理解波长的关系，特别是当导线或开口可能成为非预期的天线时。EMI屏蔽上的接缝、缝隙或孔洞都可能充当缝隙天线(slot antenna)。当这些开口尺寸很大比例的接近干扰信号波长时，就会成为有效的辐射源，让EMI逸出，甚至导致在消声室测试中失败。
一般的设计准则是：任何开口的最大尺寸应小于目标最高频率波长(λ)的1/20，以确保屏蔽性能。图1展示了气流管理中常见的通风开口与屏蔽通风结构。
图1：气流管理中应用的通风孔与屏蔽通风设计。
波长计算公式为λ = c / f = (3 × 108) / (28 × 109) = 10.7 mm
最大开口尺寸 = λ / 20 = 0.536 mm
因此，对于频率在28GHz或易受28GHz干扰的设备，所有开口尺寸理想上应小于0.536mm。随着频率升高，允许的开口尺寸将进一步缩小。
走线准则与112G PAM4过孔残桩影响
在112G PAM4设计中，两组差分对之间的间距规则，会因为是TX对TX还是TX对RX而有所不同。通常，相较于更低速率的设计，112G PAM4允许的蛇形走线长度更短。对于弱连接的差分对，蛇形线对信号影响较小。
所谓“过孔残桩”(via stub)是指通孔过孔中未被使用、超出信号转换层的那一段(见图2)。例如，若信号从顶层通过过孔进入内层，则从该内层延伸至PCB底部的多余部分，就形成了残桩。
图2：PCB过孔残桩示意图。
f = c/(4 × L × √ℇeff)
f = 过孔残桩的共振频率 = 28 GHz
c = 光速 = 3 x 108 m/s
L = 过孔残桩长度 = 1.533 mm = 60.35 mils
ℇeff = 3.05 at 28GHz
在Megtron 7材料中，约60mil的过孔残桩会在28GHz附近产生共振。对于112G PAM4设计而言，这种长度过长，会造成严重的信号完整性问题。
功率考虑
一般而言，800G光模块在短距离应用中，每个端口的耗电量在13W至18W之间，具体数值需参考模块制造商的数据表。这些光模块包含8条112G通道以实现800G传输。对于1RU设备而言，若搭载32个QSFP-DD，则需要25.6T交换机。图3为一个ASIC的1RU设备的简化示意图。
图3：采用单个ASIC的1U高速系统气流管理示意图。
112G PAM4 SerDes的耗电量相当高(典型值为每通道0.5–1.0 W)。在最坏情况下，耗电功率Power = 8 x 1 W = 8 W.
假设T_case_max = 90℃，T_ambient_max = 50℃，则Rth = (90 – 50) / 8 = 5° C/W。系统设计人员必须确保散热器与导热界面材料能提供 ≤ 5°C/W的散热效果。
Q = 需散去的功率(瓦)，ΔT = 系统允许的空气温升(℃)，转换系数 = 3.16。
风量(CFM) = Q × 3.16 / ΔT = 2000 × 3.16 / 15 = 421
在1RU中，工程师通常采用多个40 × 40 × 56 mm的高转速(PPM)风扇进行气流分配，每个风扇可提供约25–30 CFM。所需风扇数量 = 421 / 25 = 16.8 ≈ 17颗。由于外部电源会占据后方空间，要安装这么多风扇相当困难。
设计建议
随着800G硬件与112G PAM4 SerDes成为下一代数据中心与电信系统的标准，工程师必须在高密度1RU系统中，同时应对多重设计挑战：维持信号完整性、控制EMI以及处理严苛的散热限制。
谨慎选择PCB材料(如低损耗的Megtron 7)、精确布线以减少过孔残桩共振，以及严格控制开口尺寸以确保屏蔽性能，都是避免信号衰减与EMI测试失败的关键。同时，800G光模块与SerDes的高功率密度，需要先进的热设计、气流规划与冗余设计，才能满足运行与可靠性目标。
在设计初期就系统性地处理EMI与热管理问题，能让工程师更有信心地打造能通过认证测试、并在真实运行环境中维持高性能的800G系统。这不仅可以避免昂贵的后期重新设计成本，也能确保高速系统在云与AI等不断演进的应用场景中，稳健部署与长期运行。
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