Bauelemente - Inova Semiconductors

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Telekommunikations- und Industrie-Anwendungen anpassen, um damit den Datendurchsatz bei Hochleistungsrechnern zu erhöhen. Unabhängig davon kann auch die Übertragungskapazität den System-Bedürfnissen angepaßt werden: Mit der heute bereits verfügbaren Silizium-Germanium-Bipolar-Prozesstechnik ist es möglich, integrierte Mehrkanal-Systeme mit noch niedrigerer Verlustleistung zu realisieren. Die Integration einer komplexen System-Schnittstelle etwa mit vier Übertragungskanälen und einer Gesamtbandbreite von über 5 Gbit/s lässt sich mit der GigaSTAR-Plattform mit rund 3 W Verlustleistung problemlos in einem Gehäuse realisieren, ohne dass dabei Abstriche hinsichtlich der Übertragungssicherheit und -reichweite gemacht werden müssten. Von Telecom-Anwendungen bis zur Industrie-Elektronik Zum potentiellen Kunden- bzw. Anwenderkreis der GigaSTAR-Produkte gehören sowohl die Großindustrie wie auch mittelständische High-Tech-Firmen z.B. der Telekommunikations-, Unterhaltungselektronik- und Massenspeicher-Branche, die sich mit Produkten auf dem Welt- Auf dem Markt gibt es heute eine ganze Reihe von seriellen Buskonzepten, die für unterschiedliche Anwendungen konzipiert sind und vielfach Übertragungsraten im Gigabit- Bereich anbieten oder zumin- dest ankündigen. Alle seriellen Systeme lassen sich prinzipiell nach Systemparametern wie Protokoll, Übertragungsmedium, Datenrate, Latenzzeit, Bitfehlerrate, maximale Übertragungs-Entfernung und anderen Kenngrößen unterschei- Bauelemente Schnittstellen-ICs markt behaupten wollen und sich deshalb vom Wettbewerb abheben müssen. Typische Einsatzbereiche der GigaSTAR-Technik finden sich überall dort, wo es auf die sichere und störungsfreie Übertragung großer Datenmengen in hoher Geschwindigkeit zu einem akzeptablen Preis-Leistungs-Verhältnis ankommt. Dazu zählen u.a. die (Echtzeit-)Bilderkennung und -verarbeitung wie etwa bei Bankautomaten oder Zugangssicherungssystemen mit Fingerabdruck- bzw. Iris-Erkennung (High-Speed-Scanning), zukünftige DVI-Anwendungen (Digital Visual Interface), Hochgeschwindigkeits- Drucker, medizinische Diagnostik, industrielle Steuerungen (Robotik, Echtzeit-Achsensteuerung), Vermittlungssysteme (schnelle Switches in der Telekommunikation) sowie schnelle Massenspeicher. Funktion des GigaSTAR-Links Serielle Buskonzepte im Markt den, doch alleine auf dieser Basis einen Vergleich anzustellen, würde heißen, Äpfel mit Birnen zu vergleichen. Die Bedeutung der einzelnen Parameter hängt immer stark von der jeweiligen Applika- tion ab: So ist es etwa für viele Consumer-Anwendungen bei kürzeren Entfernungen unerheblich, wenn Sende- und Empfangssystem über Signal-, Masseleitungen oder den Schirm des Bus-Systems elektrisch miteinander verbunden Die GigaSTAR-Verbindung ist für die Einrichtung zuverlässiger und schneller Datenübertragungssysteme mit minimaler Latenzzeit konzipiert. In den Sender- und Empfängerbausteinen sind sämtliche Funktionen des Datentransfer-Managements einschließlich der Hochfrequenz-Blöcke integriert. Beide Bauelemente verfügen über ein anwender- sind. In industriellen Anwendungen und räumlich ausgedehnten„Panel-Link“-Systemen, bei denen Rechner und Monitore getrennt voneinander aus dem Netz versorgt werden, kann es allerdings zu GigaSTAR FibreChannel FireWire USB (Version 1.0) Nominal-Datenrate [Gbit/s] 1,32 1,0625 0,4 0,0015/0,012 Netto-Datenrate [Gbit/s] 1,188 0,8 abhängig von Konfi- abhängig von Konfi- guration und Topologie guration und Topologie Übertragungs-Reichweite [m] >20 >20 4,5 3 (Punkt-zu-Punkt mit Kupferkabel) AC-Entkopplung ja ja nein nein Parallel-Schnittstelle 36 bit@33 MHz 8/16bit@100/50 MHz, baustein-abhängig baustein-abhängig Topologie 10/20bit@100/50 MHz ● Punkt-zu-Punkt ja ja ja ja ● Bus nein nein ja ja Kenndaten von seriellen Bussen (aktuelle Implementierung) Störungen oder sogar zu unzulässig hohen Potentialausgleichsströmen kommen. Bei Echtzeit-Steuerungssystemen und schnellen Computer- Backup-Systemen (Memory- Mapping) stehen dagegen eher minimale Latenzzeit und eine sehr hohe Datentransferrate im Vordergrund. Generell lassen sich serielle Buskonzepte aber in zwei große Hauptgruppen unterteilen: die klassischen schnellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ohne Übertragungsprotokoll und die Systeme mit einem komplexeren Arbitrierungsprotokoll, die für Netz-Topologien mit Bus-Brücken und -Knoten entwickelt wurden, aber auch für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eingesetzt werden können. Vertreter der ersten Gruppe sind GigaSTAR (1,32 Gbit/s) und FibreChannel (1,06 Gbit/s), zur zweiten Gruppe gehören etwa der FireWire (0,4 Gbit/s) und der Universal Serial Bus (0,0015/0,012 Gbit/s). Bei FireWire und USB wurden in letzter Zeit leistungsfähigere Standards verabschiedet: Die Datenrate bei FireWire (IEEE1394) wird in absehbarer Zeit von derzeit 400 auf 800 Mbit/s steigen, die nächste Version 2.0 des USB- Standards weist bereits Datenraten bis 480 Mbit/s aus. Elektronik 2/2000 55
PORT A D35 D0 freundliches 36-bit-Parallel-Interface mit standardmäßigen Logikpegeln (3,3 V CMOS), um eine möglichst einfache Anpassung an beliebige Applikationen zu ermöglichen. Die Verbindung gestattet am Parallel-Interface eine Dauer-Übertragungsrate bis zu 148,5 Mbyte/s. Dies entspricht einem seriellen Bitstrom mit einer Nutzdatenrate von maximal 1,188 Gbit/s. Mit zusätzlichen Bits zur Synchronisation, Paritätsprüfung und DC-Balancierung der Übertragung ergibt sich eine maximale Bitrate durch die seriellen I/O- Blöcke von 1,32 Gbit/s. Die Effizienz der Übertragung beträgt somit 90 %. Mit einer Signallaufzeit für Sender und Empfänger von je 40 ns berechnet sich die typische Gesamt- Latenzzeit der GigaSTAR-Verbindung wie folgt (Bild 7): t pd = (2 × 40 ns) + (4 ns/m × Kabellänge [m]) Dies entspricht 160 ns bei einer 20 m langen Verbindung über STP-Kupferkabel (Shielded Twisted Pair). Das Taktsystem Die serielle Bit-Taktfrequenz von 1320 MHz wird durch interne PLL-Stufen erzeugt. Sender und Empfänger benötigen einen externen Referenztakt von 66 MHz. Eine fortlaufende Phasenangleichung im Empfänger sorgt für die Synchronisation des Empfangstaktes zum Sendetakt. Das parallele Datenformat Sowohl der Sender- als auch der Empfänger-Chip des GigaSTAR-Systems sind, wie bereits erwähnt, mit einem 36-bit-Parallel-Interface ausgestattet. Die maximal 33 MHz betragende Frequenz an dieser Schnittstelle entspricht einer Periodendauer von 30 ns für die Signale WRCLK und RDCLK. Die Übertragung eines extern generierten Paritätsbits synchron zum parallelen Datenwort ist optional möglich. Steht ein externes Paritätsbit zur Verfügung, so prüft der Sender das Signal, bevor es übertragen wird. Liegt kein externes Paritätsbit vor, generiert der Sender dieses Signal automatisch. Sender und Empfänger besitzen Ausgänge zur Anzeige von Paritätsfehlern. Das serielle Datenformat Der serielle Datenstrom ist ohne Gleichanteil und ermöglicht so den Einsatz einer kapazitiven (AC-)Kopplung, wodurch die vollständige Gleichstrom-Trennung der Verbin- Bauelemente Schnittstellen-ICs GigaSTAR GigaSTAR Sender INGT165 ~ t = max. 20 m tpd = 40 ns tpd = 4 ns/m . l(m) Empfänger INGR165 tpd = 40 ns dung erreicht wird. Die Gleichtaktunterdrückung der seriellen Daten gewährleistet eine eigene Codierung im Senderbaustein. Kabel öffnet die Augen B D35 D0 PORT Bild 7. Eine komplette Übertragungsstrecke von 20 m weist etwa eine Signallaufzeit von 160 ns auf. Jeweils 40 ns benötigt das Signal durch einen Baustein und 80 ns auf der Strecke über das Kabel. Keineswegs zu unterschätzen sind die hochfrequenten Übertragungseigenschaften des Kabels, so dass dieses als wichtige Komponente des Systems von Beginn an in die Produktentwicklung miteinbezogen wurde. Zur Datenübertragung über die weite Entfernung von rund 20 m sind außer an die elektrischen Eigenschaften auch hohe Anforderungen sowohl an die mechanische Stabilität des Kabels als auch an eine sichere, verschraubbare Steckverbindung für die Anbindung an das System zu stellen. All diese Eigenschaften vereint ein sogenanntes Shielded-Twisted-Pair-Kabel (geschirmte und verdrillte Zweidrahtleitung), das mit angegossenen Sub-D-Steckern (DB-9) bereits fertig konvektioniert in verschiedenen Längen angeboten wird und standardmäßig über zwei Leitungspaare verfügt. Mit zwei Leitungspaaren pro Kabel können so Hinund Rückkanal in einem System realisiert werden (Vollduplex-Übertragung). Bereits bei den Chip-Simulationen wurden die HF-Parameter des Kabels konsequent berücksichtigt. Die entsprechenden Daten haben die Kabelspezialisten von W.L. Gore & Associates [1] in aufwendigen Charakterisierungen in ihren US-Labors ermittelt. Für die anvisierte Entfernung von 20 m war neben einer möglichst konstanten HF-Impendanz von 100 Ω (differenziell) inklusive der Steckverbindungen auch ein niedriger Gleichstromwiderstand von großer Bedeutung, wobei das STP-Kabel mit einem größeren Leiterquerschnitt hier deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Koaxial-Kabeln wie etwa einem RG-174 zeigt. Erste Feldversuche mit GigaSTAR-Bausteinen zeigten, dass die simulierten Werte nicht nur erreicht, sondern z.T. noch übertroffen werden konnten: Bild 8 zeigt den differenziellen Pegel am Empfänger-Baustein in Abhängigkeit von der Leitungslänge mit einem Standard-STP-Kabel von Gore. Für diese Messungen wurde ein Datenmuster gewählt, das für die Kabel-Übertragung besonders anspruchsvoll ist: Auf eine Folge von „Nullen“ bzw. „Einsen“, bei der das Kabel seinen maximalen Spannungshub erreicht, folgt eine kurze „Eins-Null- Eins“-Sequenz mit maximaler Datenrate, die der Empfän- 56 Elektronik 2/2000
Seite 1 und 2: Robert Kraus Mit Volldampf durch di
Seite 3 und 4: Bild 1. Eine unidirektionale GigaST
Seite 5: SDATA SDATA# OSC EXTRC1 EXTRC2 1,32
Seite 9: a) c) Neben weiteren Untersuchungen

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