Repeater und Retimer stellen hohe Signalqualität sicher
Signale säubern
Mit der Weiterentwicklung der System-Interconnect-Technologien von parallelen Bussystemen hinzu seriellen Verfahren stiegen die Übertragungsgeschwindigkeiten auf der elektrischen Ebene auf rasante Werte jenseits der Gigahertz-Grenze. Trotz differentieller Übertragung und Verwendung von Stromquellentransmittern führen die Leitungszüge auf FR4-Basismaterialien, über Steckverbinder, Lötstellen oder gar Kabelstrecken zu erheblicher Verzerrung sowie Bedämpfung, vor allem wenn größere Distanzen zu überbrücken sind.
Abhilfe schaffen hier sog. Signal-Integrity-Produkte, also Signalkonditionierer, die aus dem schwachen Rauschen die ursprünglichen Signale herausfiltern. Derartige SIP-Bausteine sind von Integrated Device Technology für alle prominenten Übertragungsstandardsverfügbar und leisten Erstaunliches.
Signal Integrity - Retimer und Repeater
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Signalintegrität
Hochgeschwindigkeitssignale heutiger serieller Standards leiden sehr schnell an Bedämpfung, Reflexion und Verzerrung auf Ihrem Weg über die Leiterplatte. Sichtbar ist dies im sog. Augendiagramm, das mit seiner Öffnung ein recht anschauliches Maß für die Qualität solcher Signale aufzeigt. Wie in Bild 1 dargestellt kann sich das "Auge" eines Signals durch die genannten Effekte nahezu schließen und so müssen technische Maßnahmen zur Rekonditionierung ergriffen werden. Dafür kann beispielsweise die Übertragungsstrecke optimiert werden, d.h. durch konsequente Umsetzung der Microstrip-Technik auf den Leiterplatten und Minimierung der Übergangssteckverbinder. In der Praxis lässt sich diese Strategie jedoch nur selten durchhalten, so daß eine elektronische"Aufbereitung" der Signale oftmals der einzig gangbare Weg bleibt.
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Der Halbleiter-Hersteller IDT hat für diesen Zweck eine eigene Bausteinfamilie an Repeatern und Retimern geschaffen und bietet damit Lösungen für die am häufigsten verwendeten Übertragungsstandards. Der Unterschied zwischen den beiden Kategorien Repeater und Retimer liegt in der Komplexität und den daraus resultierenden Konditionierungsmöglichkeiten:
Während Repeater im Wesentlichen aus einem Equalizer am Eingang und einem Booster am Ausgang bestehen und damit sog. Random Jitter reduzieren, haben Retimer Ressourcen zur Signalinterpretierung und damit die Möglichkeit, zusätzlich deterministischen Jitter zu beseitigen.
Retimer sind daher protokollspezifisch und fügen der Übertragungsstrecke auch nennenswerte Latenz zu, beispielsweise in das bei den PCIe-Retimern von IDT Zeiten in der Größenordnung von 30 ns.
IDT Repeater
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Repeaterbausteine aus der IDT SIP Familie gibt es für 5Gbps PCI Express®(PCIe) Gen2, USB 3.0, 6 Gbps SAS/SATA, 6.25Gbps Serial RapidIO® 2.1 und weitere Standards in Computing-, Storage und Kommunikationsanwendungen.SIP-Bausteine beinhalten leistungsfähige Empfangs-Equalizer und Sende-De-Emphasis-Verstärker sowie Diagnosefunktionen, um einfache Designs und schnelle Entwicklungszyklen zu ermöglichen. Sie sind in der Lage, lange Leiterbahnen auf PCBs zu treiben (beispielsweise auf Backplanes) sowie Kabelstrecken zu externen Geräten und sichern so optimale Systemleistung. Zudem beinhalten sie die Erkennung von Signalunterbrüchen (LOS - Loss of Signal) und für jeden Kanalindividuelle Loopback Diagnosemöglichkeiten sowie 2:1 Multiplexer- / Demultiplexer funktionen. Die Bausteine sind verfügbar für 2, 4 oder 8 differentielle Kanäle, konfigurierbar über I2C, Steuer-Pinsoder EEPROM. Sie bieten zu dem Power-Saving-Betriebsarten, um eine möglichst geringe mittere Stromaufnahme zu erzielen.
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IDT Repeater Product Broschüren:
- IDT 89HP0504P 4 Channel 5Gbps PCIe Signal Repeater
- IDT 89HP0504PB 4 Channel 5Gbps PCIe Signal Repeater
- IDT 89HP0504U 4 Channel 5Gbps USB3.0 Signal Repeater
- IDT 89HP0508P 8 Channel 5Gbps PCIe Signal Repeater
- IDT 89HP0604R 4 Channel 6.25Gbps Serial Rapid IO Signal Repeater
- IDT 89HP0604S 4 Channel 6Gbps SAS SATA Signal Repeater
- IDT 89HP0608R 8 Channel 6.25Gbps Serial Rapid IO Signal Repeater
- IDT 89HP0608X 8 Channel 6.25Gbps XAUI Signal Repeater
Eigenschaften der Repeater
- Kompensation von Dämpfung auf Kabeln und PCB Leiterbahnen und Reduzierung von Inter-Symbol-Interference-Jitter (ISI):
- Programmierbarer Rx-Equalizer bis 30db
- Programmierbare De-Emphase bis -8.5dB
- Regeneriert auch solche Datenstreams, deren Augendiagramm aufgrund von Dämpfung und ISI-Jitter komplett geschlossen ist
- Volle Unterstützung des PCIe Protokolls
- SAS/SATA, Out of Board (OOB) Unterstützung
- Konfigurierbar über Pins, wobei die erweiterten Funktionen über I2C-Register konfigurierbar sind
- Möglichkeit zum automatischen Download der Konfiguration aus einem externen EEPROM über I2C sowohl für einzelne als auch mehrere Repeater auf einer Baugruppe
- Minimierung der Leistungsaufnahme in aktiven und in Shutdown-Betriebsarten
- Keine zusätzlichen Bias-Widerstände oder Referenztakte notwendig
- Kanal Mux- und Demux-Modus, 1-auf-2 KanalMulticast sowie Z-Switch-Funktionalität
Vorteile:
- Erweitert die maximale Kabellänge auf über 10 m und Leiterbahnen auf PCBs über 65" (165cm) bei PCI Express.
- Beschleunigt das Systemdesign, weil längere Leiterbahnen und Kabel verwendet werden dürfen
- Minimiert die Bitfehlerrate (BER)
IDT Retimer
Die IDT Retimer sind mit dem Ziel entwickelt, bei Verdoppelung der Übertragungsstrecke die Signalintegrität zu verbessern. Sie minimieren also sowohl Random- als auch Deterministic-Jiter des Eingangssignals und eignen sich damit hervorragend für Blade-Server, Enterprise-Storage oder Kommunikationssysteme, die längere Kabel- oder Backplanestrecken aufweisen.
Jüngste Mitglieder der umfangreichen Produktfamilie sind die Re-Timer 89HT0808P und 89HT0816P. Sie sind industrieweit die ersten ihrer Art, die den neuenPCIe Automatic-Link-Equalization Prozess vollständig unterstützen und damit das Systemdesign vereinfachen sowie die Zuverlässigkeit jeder PCIe-konformen Adapterkarte oder Host-Bus-Adapters verbessern.
Der 8-Kanal Re-Timer 89HT0808P und der 16-Kanal Re-Timer 89HT0816P arbeiten bis zu einer Kommunikations-Datenrate von 8 Gbps je Kanal über die doppelte Distanz im Vergleich zu Standard PCIe 3.0 und über typische System-Backplanes, wobei System-Performance und -Zuverlässigkeit verbessert werden und gleichzeitig die Bill-of-Material Kosten gesenkt, da die Gesamt Design-Komplexität geringer wird.
Die beiden Re-Timer beinhalten ein sehr leistungsfähiges analoges Frontend und daran angeschlossen einen Continous-Time-Linear-Equalizer (CTLE), einen 5-stufigen Decision-Feedback-Equalizer (DFE) sowie eine Clock- und Data-Recovery-Einheit.
Dieser sehr sensitive Eingang bietet dynamische Optimierungsmöglichkeiten und ist in der Lage, Signale mit schlechter Qualität zu restaurieren sowie deterministischen und randomisierten Jitter zu eliminieren, der die Grenzwerte der PCIe 3.0 Spezifikation überschreitet.
Um ein schnelles In-System-Testing zu ermöglichen, wurden in die IDT Re-Timer Monitoringfunktionen mit einer umfangreichen Suite von diagnostischen Loopback-Eigenschaften integriert. Für die IDT Re-Timer 89HT0808P und 89HT0816P steht ein Evaluation-Board zur Verfügung, zusammen mit einer Software Utility mit graphischer Oberfläche.
Die umfangreiche Integrated DeviceTechnology Signal-Integrity-Produktfamilie enthält Lösungen für übliche Industrie-Schnittstellen wie z.B. PCIe Gen 2 und Gen 3, USB3, XAUI, SATA, SAS und Serial RapidIO® und wird in verschiedenen Kanalzahlen und Gehäusegrößen angeboten.
IDT Retimer Produkt Broschüren
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Eigenschaften der Retimer
High Performance
- Minimiert Random-Jitter am Eingang
- Minimiiert deterministischen (ISI) Jitter
- Kompensiert Kanalbedämpfung
- Justierbare Rx- und Tx-Performance
- Bis zu 8dB Tx De-Emphase
- Programmierbare Multi-Stage Equalizer
- CTLE und 5-Stufen DFE
- Schnell rastende PLL für L0s Exit
- On-Chip SERDES-Augendiagramm
SerDes Stromsparfunktionen
- Unterstützt LowSwing-Betrieb
- Auto Low-Power für ungenutzte Lanes
- PCIe Standards und Kompatibilität:
- PCIe Basis-Spezifikation 3.0
- PCIe Basis-Spezifikation 2.1
Hot-Plug-Unterstützung
- Konfigurierbare Links (1x8, 1x4, 1x1, 2x4, 2x1)
- Automatische Linkbreitenaushandlung je Lane
- SerDes-Konfiguration je Lane:
- De-Emphase, Equalization, Drive
- Clocking-Standard 100 MHz PCIe Referenz-Takt
- SSCLK (Spread Spectrum) und Non-SSCLK
- Reliability, Availability und Serviceability (RAS)
- Physical-Layer Fehlerprüfung und -statistik
- End-to-End Datenpfad Parity-Protection
Test und Debug
- Fehler Diagnose-Register je Link/Lane
- Alle Register über I2C oder JTAG zugänglich
- SerDes Test-Modi
- Verschiedene Loopback-Modi
