Çoklu gigabit alıcı-verici - Multi-gigabit transceiver

Bir çoklu gigabit alıcı-verici (MGT) bir SerDes 1 Gigabit / saniyenin üzerindeki seri bit hızlarında çalışabilir. MGT'ler, daha uzun mesafelerde çalışabildikleri, daha az kablo kullanabildikleri ve dolayısıyla eşdeğer veri çıkışına sahip paralel arabirimlerden daha düşük maliyetlere sahip oldukları için veri iletişimi için giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Fonksiyonlar

Diğerleri gibi SerDes MGT'nin birincil işlevi, paralel verileri seri bit akışı olarak iletmek ve aldığı seri bitleri paralel verilere dönüştürmektir. Bir MGT'nin en temel performans ölçüsü, saniyede iletebileceği veya alabileceği seri bit sayısı olan seri bit hızı veya hat hızıdır. Katı bir kural olmamasına rağmen, MGT'ler tipik olarak 1 Gigabit / saniye veya daha fazla hat hızlarında çalışabilirler. MGT'ler, yüksek giriş / çıkış ham veri girişi ve çıkışı gerektiren veri işleme sistemleri için 'veri otoyolları' haline gelmiştir (örn. Video işleme uygulamalar). Çok yaygın hale geliyorlar FPGA - bu tür programlanabilir mantık cihazları, paralel veri işleme algoritmaları için özellikle iyi bir şekilde yerleştirilmiştir.

MGT'ler, serileştirme ve seriyi kaldırmanın ötesinde, yüksek hat hızlarında çalışabilmeleri için bir dizi ek teknoloji içermelidir. Bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir:

TeknolojiFonksiyon
Diferansiyel sinyalleşmeMGT'ler, seri verileri iletmek ve almak için diferansiyel sinyalleme kullanır. Diferansiyel sinyalleme, daha hızlı anahtarlamaya izin verir, çünkü 1'den 0'a veya 0'dan 1'e geçmek için gereken sinyal seviyesindeki değişiklik yarıya indirilir. Ek olarak, her birinin iki çizgisi arasındaki eğiklik olduğu sürece diferansiyel çift en aza indirilir, diferansiyel sinyaller daha fazla bağışıklığa sahiptir Elektromanyetik Girişim (EMI), Crosstalk ve gürültü.
MOS Geçerli Mod Mantığı (MCML)MCML, Bipolar transistörler yerine MOSFET kullanılarak uygulanan mevcut mod mantığını ifade eder. MCML, düşük voltajlar kullanarak yüksek hızlarda veri almak ve sürmek için diferansiyel amplifikatörler kullanır
VurguYüksek hat oranlarında, seri veri taşıyan hatlar düşük geçişli filtreler gibi davranma eğilimindedir. Bu, seri verilerin yüksek frekanslı bileşenlerinin düşük frekanslı bileşenlere göre daha hızlı güç kaybetmesine, sinyalin bozulmasına ve Semboller Arası Girişim (ISI). Bu sorunu çözmenin bir yolu, Ön Vurgu veya Vurgu Azaltma beklenen kayıpları telafi etmek için iletilen sinyali şekillendirmek.
Eşitleme AlınVurgulamaya bir alternatif, alınan bir sinyalin spektrumunun yüksek frekanslı kısımlarının, hattın alçak geçiş davranışını telafi etmek için düşük frekanslı kısımlardan daha fazla yükseltildiği Eşitlemedir.
Sonlandırma Empedansı EşleşmesiYüksek hat hızlarında, seri verileri taşımak için kullanılan teller, İletim hatları. Önemli bir özellik, MGT'nin verici ve alıcıdaki empedansının hattın empedansıyla eşleşmemesi durumunda hat üzerindeki sinyallerin bozulabilmesidir. Buna karşı koymak için, MGT'ler tipik olarak onları mümkün olduğunca yakından bağlayan tellerin empedansına uyacak şekilde tasarlanmıştır. Yaygın olarak kullanılan bir empedans değeri 100Ω'dur (diferansiyel, kabaca her tel için 50Ω tek uçlu empedansa eşdeğerdir).
Faz kilitli döngüler (PLL'ler)Verileri yüksek hızlarda serileştirmek için, seri saat hızı, paralel veriler için saatin tam katı olmalıdır. Çoğu MGT, istenen paralel hızda çalışan bir referans saati gerekli seri oranla çarpmak için bir PLL kullanır.
Saat Veri Kurtarma (CDR)Seri veriler alındığında, MGT, seriyi kaldırmak için verileri serileştiren aynı seri saati kullanmalıdır. Yüksek hat hızlarında, seri saati ayrı bir kabloyla sağlamak çok pratik değildir çünkü veri hattı ile saat hattı arasındaki en küçük uzunluk farkı bile saatin önemli ölçüde sapmasına neden olabilir. Bunun yerine, MGT'ler, diğer MGT tarafından kullanılan hıza kilitlenecek şekilde yerel seri saatlerinin oranını ayarlamak için verilerdeki geçişleri kullanarak saat sinyalini doğrudan veriden kurtarır. CDR kullanan sistemler, CDR olmayan muadillerine göre çok daha uzun mesafelerde daha yüksek hızlarda çalışabilir.
Kod çözme kodlamaMGT'ler arasında seri olarak aktarılan veri modeli performanslarını etkileyebilir.
  • Verinin çok az geçişi varsa, alıcı MGT CDR'yi kullanamayacaktır.
  • Veriler çok tekrarlıysa, yüksek hızlarda çizgiler güçlü alanlar oluşturacak ve EMI.
  • Veriler, 0'dan çok fazla 1'e sahipse veya tam tersi, AC bağlı MGT'ler deneyimleyecek Veri Bağımlı Değişimi hattaki kapasitansların şarj edilmesi ve boşaltılmasından kaynaklanır.

MGT'ler için çoğu iletişim protokolü, bu sorunları önlemek için bir veri kodlama sistemi kullanır.

Kodlamanın ek bir avantajı, kontrol bilgilerinin verilerle birlikte iletilmesine izin vermesidir. Bu, hata algılama, hizalama, saat düzeltme ve kanal birleştirme gibi işlevler için önemlidir.

Bazı popüler kodlamalar şunlardır:

  • 8 M / 10 M: her biri sekizli veri 10 bitlik bir diziye eşlenir
  • 64B / 66B: veriler 64 bitlik kümeler halinde gruplanır, karıştırılır, ardından 2 bitlik bir başlık ile öneklenir
  • 64B / 67B: 64B / 66B gibi, ancak bunun yerine 3 bitlik bir başlık kullanılır. Ekstra bit, MGT'lerin iletilen 0 ve 1'lerin sayısının kabaca dengelenmesini sağlamak için 64 bitin ters çevrilip çevrilmediğini gösterir.
  • SONET / SDH: bir kodlama değil, verileri sabit boyutlu bloklar halinde gruplayan, karıştıran ve bir hizalama karakteri içeren bir çerçeve ekleyen bir grup ilgili standart
Hata TespitiÇoğu sistem bir çeşit hata tespiti gerektirir. MGT'lerde en yaygın hata algılama biçimleri şunlardır:
  • Kodlamaya dayalı hata tespiti: çoğu kodlama bir dizi yasal karakteri ve yasal karakter dizisini tanımlar. MGT'ler, kullanılan kodlamada yasa dışı olan verileri arayarak hataları tespit edebilir.
  • Döngüsel Artıklık Kontrolü (CRC): CRC'yi kullanmak için veriler, çerçeveler (veya paketler ) ve her çerçeveye bir CRC işlevi uygulanır. İşlevin sonucu, iletildiğinde çerçeveye eklenir - alıcı, aldığı verilerde aynı işlevi yeniden hesaplayabilir ve çerçevedeki verilerin (veya vericinin CRC sonucunun) olup olmadığını belirlemek için vericinin sonucuyla karşılaştırabilir. ) iletim sırasında bozuldu.
HizalamaBir MGT seri verileri aldığında, verileri paralel bitler olarak sunmadan önce verilerin bayt sınırlarını belirlemesi gerekir. Bu işlev tipik olarak bir hizalama bloğu tarafından gerçekleştirilir. Hizalama için kullanılan kesin yöntem, veriler için kullanılan kodlama türüne bağlıdır:
  • Virgül hizalama (8B / 10B): Alıcı, gelen seri akışı Virgül için arar (diğer karakterleri birleştirerek oluşturulamayan 8B / 10B Kontrol karakterleri). Virgül bulduğunda, virgül sınırını bayt sınırına göre hizalar, böylece takip eden tüm veriler hizalanır.
  • Blok Senkronizasyonu (64B / 66B ve 64B / 67B): Alıcı, her 64 bitlik blok için 2-bit (veya 64B / 67B olması durumunda 3-bit) başlık için gelen veri akışını arar.
  • A1 / A2 hizalaması (SONET / SDH): SONET çerçeveleri, bir başlık ve karıştırılmış bir yük içerir. SONET verilerini alan MGT'ler, bayt sınırlarını belirlemek için başlıktaki hizalama karakterleriyle (A1 ve A2 olarak adlandırılır) tekrarlanan eşleşmeyi arar.
Saat DüzeltmeHer zaman küçük bir frekans farkı vardır (tipik olarak ~ +/- 100ppm ) referans saat kaynakları arasında, nominal olarak aynı frekansta olsalar bile. Sonuç olarak, her MGT'nin kendi referans saatini kullandığı sistemlerde, her MGT, gönderme veri yolu (TX) ve alma veri yolu (RX) için biraz farklı bir frekans kullanır.

Çoğu protokol, saat düzeltmesini kullanarak saat ölçümünü basitleştirir. Saat düzeltmede, her MGT bir asenkron FIFO. RX verileri, CDR'deki seri saat kullanılarak FIFO'ya yazılır ve sistemin geri kalanından (yerel saat) paralel saat kullanılarak, genellikle TX için kullanılanla aynı paralel saat kullanılarak FIFO'dan okunur.

CDR saati ve yerel saat tam olarak aynı olmadığından, FIFO düzeltilmedikçe sonunda taşacak veya yetersiz kalacaktır. Düzeltmeye izin vermek için, her MGT periyodik olarak alıcının gerektiğinde FIFO'da kaldırmasına veya çoğaltmasına izin verilen bir veya daha fazla özel karakter iletir. Alıcı, FIFO çok dolu olduğunda karakterleri kaldırarak ve FIFO çok boş olduğunda karakterleri kopyalayarak, alıcı taşmayı / yetersizliği önleyebilir. Bu özel karakterler genellikle SKIP olarak bilinir.

Kanal BirleştirmeÇoğu protokol, tek bir yüksek verimli kanal oluşturmak için birden fazla MGT bağlantısını birleştirir (örn. XAUI, PCI Express ). Seri bağlantıların her biri tam olarak aynı uzunlukta olmadıkça, şeritler arasındaki çarpıklık, aynı anda iletilen verilerin farklı zamanlarda ulaşmasına neden olabilir.

Kanal bağlama, MGT'lerin birden fazla bağlantı arasındaki eğriliği telafi etmesine izin verir. MGT'lerin hepsi aynı anda bir kanal bağlama karakterini (veya karakter dizisini) iletir. Dizi alındığında, alıcı MGT'ler aralarındaki eğriliği belirleyebilir, ardından telafi etmek için alma veri yollarında FIFO'ların gecikmesini ayarlayabilir.

Elektriksel Boşta / Bant Dışı SinyalleşmeBazı protokoller, mesaj göndermek için belirli bir eşik değerinin üzerinde bir diferansiyel voltajın olmamasını kullanır. Örneğin, PCI Express, uç noktaların ne zaman düşük güç modlarına girip çıkması gerektiğini belirtmek için Elektrikli Boşta sinyalleri kullanır. Benzer şekilde, Seri ata güç yönetimi için COM sinyallerini kullanır. Bu özellikleri desteklemek için MGT'ler, seri hatlarda Elektriksel Boşta / OOB sinyallerini oluşturabilen ve tespit edebilen devreler içermelidir.

Sinyal bütünlüğü ve titreme

Sinyal bütünlüğü yüksek hat hızları nedeniyle MGT'ler için kritiktir. Verilen yüksek hızlı bağlantının kalitesi, Bit Hata Oranı (BER) bağlantının (hatalı alınan bitlerin alınan toplam bitlere oranı) ve titreme.

BER ve titreşim, MGT'lerin kendileri, seri hatları, referans saatleri, güç kaynakları ve paralel verilerini oluşturan ve tüketen dijital sistemler dahil olmak üzere tüm MGT bağlantısının işlevleridir. Sonuç olarak, MGT'ler genellikle ne kadar az jitter ilettikleri (Jitter Transfer / Jitter Generation) ve BER'leri çok yüksek olmadan önce ne kadar jitter tolere edebilecekleri ile ölçülür (Jitter Toleransı). Bu ölçümler genellikle bir BERT ve bir Göz diyagramı.

Diğer hususlar

MGT'ler için diğer bazı ölçümler şunları içerir:

  • CDR kilidi kaybından önce maksimum çalışma uzunluğu
  • Güç tüketimi
  • Esneklik (ör. Çoklu hat oranları, çoklu kodlamalar)
  • Diferansiyel Salınım (MGT'nin sürebileceği maksimum diferansiyel sinyal)
  • Alıcı hassasiyeti (MGT'nin algılayabileceği minimum diferansiyel sinyal)
  • Ortak mod reddetme oranı

MGT'leri kullanan protokoller

MGT'ler, aşağıdaki seri protokollerin uygulanmasında kullanılır:

Dış bağlantılar

Referanslar