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Dämpfung Frequenz Bild 3. Dämpfungs-Charakteristik des Übertragungskabels: Höhere Übertragungsfrequenz geht mit stärkerer Kabeldämpfung einher. Die Schnittstelle zwischen beiden Welten – anwenderorientierte Funktionalität einerseits und zuverlässige Übertragungstechnik andererseits – wurde in Form einer proprietären differenziellen Verbindung buchstäblich in die Mitte des GigaSTAR-Bausteins gelegt und mit einer Übergabefrequenz um die 350 MHz optimal auf die Leistung der jeweiligen Technologie abgestimmt (Bild 2). Die enge Zusammenarbeit von Inova Semiconductors mit Herstellern modernster Halbleiter- und Gehäusetechnologien wie Chartered Semiconductors, Austria Mikro Systeme International AG (AMS) und Amkor stellt dabei sicher, daß Innovationen wie etwa die neue SiGe-Prozess-Technologie kurzfristig in die Giga- STAR-Entwicklung einfließen können. Dank des modularen Konzepts mit zwei Chips in einem Gehäuse lassen sich schnell neue Derivate mit anderen Anwenderschnittstellen realisieren. Die Anpassung der GigaSTAR-Plattform an eine bestimmte Systemarchitektur erfordert nur eine Neuentwicklung des Logikteils und nicht des gesamten Bausteins mit den Design-Risiken im HF-Bereich. Besonderes Augenmerk legten die Entwickler auch auf eine möglichst effektive Codierung des seriellen Datenstroms, der unabhängig von den anliegenden Daten DCbalanciert sein muss, um eine kapazitive Ankopplung des Kabels oder eines Optik- Moduls zu ermöglichen. Beim GigaSTAR kommt eine proprietäre Codierung zum Einsatz, die für ein 36 bit breites Datenwort mit nur 4 bit Overhead oder umgerechnet 0,89 bit/byte auskommt. Auf diese Weise stehen bei einer Übertragungsrate von 1,32 Gbit/s etwa 90 % (entspr. 1,18 Gbit/s) für die eigentlichen Nutzdaten zur Verfügung. Dies ist auch eine wichtige Voraussetzung für die angestrebte hohe Übertragungs-Reichweite von 20 m: Die bei gleicher Netto-Datenrate niedrigere Übertragungsfrequenz gegenüber bestehenden Codierverfahren (s. Tabelle) resultiert in einer Bauelemente Schnittstellen-ICs geringeren Dämpfung und erlaubt damit größere Übertragungsreichweiten (Bild 3). Stabile Übertragung im Vordergrund Die maximale serielle Datenrate wurde nicht nur wegen der angestrebten erzielbaren Reichweite von 20 m deutlich unter die Marke von 2 Gbit/s gelegt, sondern liegt auch in der Forderung an die einfache Einsetzbarkeit des Produkts begründet. Die Übertragungsfrequenz von unter 700 MHz (NRZ-Signal) liegt noch in einem Frequenzbereich, in dem trotz unvermeidbarer Toleranzen bei der Herstellung und Bestückung der Systeme auch bei größeren Produktionsstückzahlen eine gleichbleibend stabile Übertragung gewährleistet wird. Benötigt der Anwender eine höhere Datenrate, lassen sich mehrere GigaSTAR-Strecken nebeneinander aufbauen – die resultierende Netto-Datenrate lässt sich so in Vielfachen von 1,18 Gbit/s skalieren. „Intelligentes Kabel“ bedeutet auch, dem Anwender eine Übertragungstechnik anzubieten, die vermeintlich Daten von der Sende- auf die Empfangsseite transparent und praktisch verzögerungsfrei abbildet, ohne ihn dabei mit externer Daten-Codierung oder Protokollen zu konfrontieren. Beim GigaSTAR werden deshalb alle für eine reibungslose Übertragung benötigten Informationen, die der Sendebau- Codierung Nutzdatenrate Overhead Nominal- Übertragungs- RDCLK PDATA (35..0) PARITY VALID TX-Shifter Shifter- Steuerung OSC EXTRC1 EXTRC2 1,32-GHz- Takterzeugung Serializer 52 Elektronik 2/2000 Takt Framer Header MUX-Steuerung (Fluss-Steuerung und Erzeugung des Headers) RESET# PERR# PARGEN FLAGI SYNGEN datenrate frequenz GigaSTAR 148,5 Mbyte/s 0,89 (bits/byte), 10,00 % 1320 Mbit/s 660 MHz 8B/10B (8-bit-/10-bit-Code) 148,5 Mbyte/s 2 (bits/byte), 20,00 % 1485 Mbit/s 742,5 MHz CMI (Coded Marked Inversion) 148,5 Mbyte/s 8 (bits/byte), 50,00 % 2376 Mbit/s 1188 MHz Bei gleicher Nutzdatenrate steigt die Übertragungsfrequenz mit der Größe des Overhead SDATA SDATA# Bild 4. Der GigaSTAR-Transmitter setzt die parallel ankommenden Daten (PDATA(35..0)) in serielle Daten zur Übertragung um.
SDATA SDATA# OSC EXTRC1 EXTRC2 1,32-GHz- Takterzeugung Deserializer RX-Shifter RES stein intern erzeugt und den als Datenblöcken (frames) übertragenen Nutzdaten hinzufügt, vom Empfänger automatisch und vollständig entfernt. Diese Philosophie der einfachen Einsetzbarkeit setzt sich auch im Konzept des Parallel-Interface fort, das verschiedene Betriebsarten erlaubt und somit dem Entwickler ein hohes Maß an Flexibilität beim Design der Applikationsschnittstelle bietet. Der Sender-Baustein (Bild 4) stellt für die Ausgangs-Puffer der jeweiligen Applikation (Speicher, FIFO, ASIC oder PLD) auf Anfrage einen Lesetakt („Read-clock“) von 33 MHz zur Verfügung, der das bis zu 36 bit breite Datenwort und – falls verfügbar – ein optionales Parity-Bit in den Baustein einliest. Auf der Empfängerseite (Bild 5) steht dann dieses Datenwort mit Parity-Bit synchron zum generierten Schreibtakt („write-clock“) wieder 1:1 zur Verfügung. Bei einer Übertragung a) über eine Entfernung von 20 m verstreichen dabei zwischen dem Einlesen der Daten auf der Sendeseite und der Ausgabe auf der Empfängerseite gerade 160 ns, wobei das Signal alleine im Kabel 80 ns unterwegs ist. Takt Deframer FLAGO LSYNC# PERR# RESET# Chips und Board-Level-Produkte Um dem Anwender einen schnellen Einsatz der GigaSTAR-Technologie zu ermöglichen, bietet Inova neben den integrierten GigaSTAR-Bausteinen auch zwei Board-Produkte an: Ein Applikations-Kit (Bild 6 a) ermöglicht über eine komfortable PC-Ansteuerung alle Arten von Evaluierungen des GigaSTAR-Links. Über eine gepufferte, 2 × 36 bit breite Parallel-Schnittstelle lässt sich dieses Kit einfach an jedes System anpassen. Bauelemente Schnittstellen-ICs Das so genannte Piggyback-Board (Bild 6 b), ein Bestandteil des Applikations- Kits, gibt es auch als eigenständiges Produkt. Dieses bietet dem Anwender eine vollständige und einfach einzusetzende Implementierungsmöglichkeit eines Giga- STAR-Links mit 2 × 1,32 Gbit/s (Voll-Duplex). Das nur 64 mm × 59 mm große, steckbare Piggyback-Board läßt sich über eine 2 × 36 bit breite Schnittstelle (3,3 V CMOS-Pegel) mit einer Taktfrequenz von moderaten 33 MHz einfach in eine Applikation einbinden. Schnittstellen anpaßbar und skalierbar Die in diesem Artikel vorgestellten Bausteine sind die ersten Produkte der als Datenübertragungsplattform konzipierten GigaSTAR-Baureihe. Innerhalb der Sendeund Empfänger-Bausteine sind Anwenderschnittstelle und Übertragungstechnik in separate Technologien aufgeteilt, so dass sich diese Verbindungslösung flexibel in andere Systemumgebungen einbinden lässt. Die hochdichte CMOS-Technologie ermöglicht die problemlose Realisierung selbst komplexerer System-Schnittstellen. Somit lassen sich künftige GigaSTAR-Produkte beispielsweise direkt an bestehende Standards in Computer-, 54 Elektronik 2/2000 WRCLK PDATA(35..0) PARITY Bild 5. Der GigaSTAR-Receiver empfängt die seriellen Daten und wandelt sie zurück ins parallele Format. b) EPP PLD OE# ................. ................. PDATA (35...0) OE RDCLK OSC 66 MHz PDATA (35...0) WRCLK 36 36 Tx- FIFO Rx- FIFO 36 36 GigaSTAR- Sender INGT165B GigaSTAR- Empfänger INGR165B GigaSTAR INGT165B Sender GigaSTAR INGR165B Empfänger SDATA SDATA# Bild 6.a) Applikations-Kit mit Sende- und Empfangspufferspeichern (FIFOs) auf der 170 × 100 mm 2 großen Platine. Das PLD adaptiert das paralle GigaSTAR-Interface an die EPP-Schnittstelle (Enhanced Parallel Port) eines PC. b) Blockschaltung des Piggyback-Boards (64 × 59 mm 2 ), das Teil des Applikationskits ist. Für eine bidirektionale Verbindung sind auf beiden Seiten der Übertragungsstrecke jeweils ein Empfänger- und ein Sendebaustein erforderlich.
Seite 1 und 2: Robert Kraus Mit Volldampf durch di
Seite 3: Bild 1. Eine unidirektionale GigaST
Seite 7 und 8: PORT A D35 D0 freundliches 36-bit-P
Seite 9: a) c) Neben weiteren Untersuchungen

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