Nozioni di base sull'integrità del segnale

Tabella 1. Cause di perdite lungo le linee di trasmissione

Causa

Descrizione

Assorbimento dielettrico

I segnali ad alta frequenza eccitano le molecole nell'isolante facendolo assorbire l'energia del segnale. Ciò si traduce in una riduzione della potenza del segnale. L'assorbimento dielettrico è correlato al materiale del circuito stampato (PCB) utilizzato e può essere migliorato mediante un'attenta selezione del materiale.

Effetto Pelle

Le forme d'onda di corrente variabili, causate da segnali AC e ad alta frequenza, tendono a viaggiare sulla superficie di un conduttore. Ciò si traduce nell'autoindottanza del materiale che produce una maggiore reattanza induttiva alle alte frequenze, costringendo gli elettroni sulla superficie del materiale. L'efficace riduzione dell'area conduttiva provoca un aumento della resistenza e quindi l'attenuazione del segnale. Aumentare la larghezza della carreggiata può ridurre l'effetto pelle, ma questo non è sempre possibile. La Figura 3 illustra questo problema.

Tabella 2. Circuiti in FPGA ricetrasmettitori Stratix GX per superare i problemi di attenuazione

Causa

Descrizione

Pre-enfasi

L'attenuazione ad alta frequenza non può essere ottenuta aumentando la sola potenza del segnale, in quanto ciò amplificherà anche il rumore e il jitter associati al segnale. La pre-enfasi aumenta solo le componenti ad alta frequenza del segnale aumentando il livello del primo simbolo trasmesso, lasciando intatti i simboli successivi, se sono stati trasmessi allo stesso livello.

Ad esempio, se un segnale dovesse trasmettere un livello elevato per tre simboli, solo il primo simbolo verrebbe potenziato, mentre i due successivi verrebbero trasmessi al livello abituale. (Vedere la figura 3). Se un singolo simbolo fosse trasmesso ad alto livello, anche questo sarebbe potenziato.

La pre-enfasi è anche una funzione chiave per superare gli effetti del jitter dipendente dal modello, tra cui perdita di ampiezza, spostamento nel tempo e bordi del segnale arrotondati.

Equalizzazione del ricevitore

I circuiti del ricevitore dedicati vengono utilizzati per attenuare i componenti ad alta frequenza del segnale mentre arriva al ricevitore per compensare le perdite di linea. I dispositivi Stratix GX hanno equalizzazione programmabile per linee di trasmissione da 20" e 40".

Tabella 3. Tipi di accoppiamento che causano cross-talk

Accoppiamento

Descrizione

Induttanza reciproca

Questo è l'effetto della corrente indotta da un filo guidato, o aggressore, che appare sul filo silenzioso, o vittima, per mezzo di un campo magnetico. L'induttanza reciproca fa sì che le onde positive appaiano all'estremità vicina della linea vittima (più vicina al trasmettitore) causando induttanza verso l'estremità, mentre le onde negative appaiono all'estremità della linea di trasmissione (più vicina al ricevitore), causando un cross-talk di estremità.

Capacità reciproca

Questo è l'accoppiamento di due campi elettrici, in cui la corrente elettrica proporzionale alla velocità di variazione della tensione nel driver viene iniettata nella linea della vittima. La capacità reciproca fa sì che le onde positive appaiano ad entrambe le estremità della linea di trasmissione.

0-9

8b10b

Metodo di codifica dei dati a 8 bit in un modulo a 10 bit per garantire che i dati siano costruiti con 1 e 0 uguali. Utilizzato nelle trasmissioni di dati CDR (Clock Data Recovery) ad alta velocità per garantire la densità di transizione dei dati, l'integrità del clock e il bilanciamento CC.

Un

Allinea caratteri

Codice speciale o virgola trasmessa per mostrare l'inizio dei dati in un flusso seriale. Utilizzato dal ricevitore per riallineare i dati.

Attenuazione

Riduzione dell'ampiezza del segnale che è comunemente causata dalla lunghezza che un segnale è necessario per viaggiare.

B

Vasca da bagno Curve

Rappresentazione grafica del bit-error rate generato durante il test bit-error rate. La forma è spesso simile a quella di una vasca da bagno a causa dei diversi posizionamenti dei bordi dei dati utilizzati durante il test.

BER

Tasso di errore in bit. BER può essere considerato il numero di bit di errore diviso per il numero di bit ricevuti in un dato tempo.

BERT

Tester del tasso di errore bit. Strumento utilizzato per misurare il tasso di errore in bit. Generalmente consiste in un generatore di pattern e un analizzatore di segnale.

BIST

Auto-test integrato. Circuiti integrati nel ricetrasmettitore per consentire la testabilità senza la necessità di connettersi al mondo esterno.

BW

Larghezza di banda. Limiti di frequenza a cui verrà eseguito un sistema.

C

CDR

Recupero dati orologio. Una tecnica per incorporare clock e dati in un singolo segnale per il bene della trasmissione. I dati seriali ad alta velocità richiedono che gli orologi siano incorporati nel flusso di dati per rimuovere i problemi di inclinazione e jitter associati alla trasmissione separata.

Allineatore di canale

Circuiti ricetrasmettitori utilizzati per allineare i canali ricetrasmettitori quando è necessario più di un canale per gestire un'interfaccia dati ad alta velocità.

CJTPAT

Modello di jitter continuo. Modello di test IEEE utilizzato nei test di conformità Ethernet a 10 Gbit.

Gruppi di codice

Selezione delle virgole utilizzate in un particolare protocollo. Ad esempio, XAUI utilizza i codici /K/, /A/, /R/ e /T/ dove /K/ indica la sincronizzazione della corsia, /A/ indica l'allineamento da corsia a corsia, /R/ indica il codice di salto e /T/ indica la terminazione.

Virgola

Codici univoci forniti all'interno della codifica 8b10b per le informazioni di controllo. Conosciuto anche come caratteri K.

Modalità comune (VCM)

Un segnale o un rumore di grandezza e fase identici che appare su entrambi gli ingressi di un ricevitore differenziale. Questo rumore può quindi essere rimosso all'ingresso del ricevitore, noto come rifiuto della modalità comune.

Punti di conformità

Punti di misura specifici all'interno di un circuito. Utilizzato durante la caratterizzazione del sistema per dimostrare che un segnale è conforme alle specifiche.

Conversazione incrociata

Segnale indesiderato da un circuito sovrapposto a un circuito secondario, causato da induttanza reciproca o capacità reciproca tra i due circuiti.

CRPAT ·

Modello casuale continuo. Modello di test IEEE utilizzato nei test di conformità Ethernet a 10 Gbit.

CRU

Unità di recupero dell'orologio. Circuiti dedicati utilizzati per recuperare l'orologio all'interno di uno schema di trasmissione basato su CDR.

E

EMI

Interferenze elettromagnetiche. Onde elettromagnetiche indesiderate che si irradiano da un circuito all'altro, causando interferenze o rumore.
Equalizzazione

Metodo per aumentare il guadagno di un segnale ad alta frequenza per compensare l'attenuazione del segnale durante la trasmissione. I circuiti di equalizzazione sono generalmente inclusi all'interno del circuito del ricevitore.

Diagramma oculare

Una forma d'onda ad alta velocità sovrapposta generata su una serie di cicli di dati, raffigurante il rumore di tensione e temporizzazione associato a una linea di trasmissione. Più pulito è l'occhio all'interno della trama, migliore è il segnale.

F

FFT

Trasformazione di Fourier veloce.

FR4

Laminato standard utilizzato nella costruzione di PCB e backplane.

G

Rimbalzo a terra

Rumore momentaneo sul piano di massa del dispositivo che causa erroneamente la visualizzazione di un segnale 0 come 1. Il rimbalzo a terra è causato da uscite di commutazione simultanee (SSO).

H

HSPICE

Programma di simulazione HP con enfasi sul circuito integrato. Modelli di simulazione di circuiti analogici utilizzati per determinare il comportamento del ricetrasmettitore durante la simulazione del sistema.

Io

IBIS

Specifica delle informazioni del buffer I/O. Modelli comportamentali del buffer I/O utilizzati per determinare il comportamento del ricetrasmettitore durante la simulazione del sistema. I modelli IBIS non sono adatti per la simulazione ad alta velocità superiore a 1 Gbps.

Caratteri inattivi

K (virgola) sequenza di dati di codice trasmessa quando i dati non sono presenti, per mantenere la sincronizzazione dei dati di clock. La codifica 8b10b utilizza il codice K28.5 per questa funzione.

Corrispondenza dell'impedenza

Funzione di garantire che l'impedenza del trasmettitore, del ricevitore e della linea di trasmissione sia identica. Le impedenze non corrispondenti potrebbero causare riflessioni del segnale, squillo, overshoot, undershoot e forme d'onda del gradino.

ISI

Interferenza tra simboli. Corruzione dei dati causata dal residuo di un segnale precedente che interferisce con i dati correnti. Generalmente causato da riflessioni sulla linea.

ITU-T

International Telecommunications Union Settore di standardizzazione delle telecomunicazioni. Organizzazione degli standard di telecomunicazione.

J

JBOD ·

Solo un mucchio di unità. Termine di rete di archiviazione per un'unità disco o un numero di unità disco montate all'interno del proprio enclosure ma senza alcun processore di controllo.

Jitter

Ritardo temporale tra la transizione del segnale prevista e la transizione effettiva.

L

LAN

Rete locale.

LDT ·

Trasporto dati Lampo. Standard di logica differenziale a bassa tensione utilizzato in applicazioni basate su computer. Rinominato nello standard hyperTransport™.

LVDS ·

Segnalazione differenziale a bassa tensione. Interfaccia I/O differenziale ad alta velocità comunemente utilizzata nelle applicazioni ricetrasmettitore ad alta velocità.

M

Mitraing (contesto del layout della scheda)

Termine PCB che descrive la tecnica di layout utilizzata per garantire che i canali I/O ad alta velocità abbiano una lunghezza di traccia equivalente. Appaiono come oscillazioni su un PCB.

MJS ·

Metodologie per la specifica del jitter. Documento che descrive le specifiche e le misurazioni del jitter per un particolare protocollo che un prodotto deve raggiungere prima di essere conforme alle specifiche.

Capacità reciproca

L'accoppiamento di due conduttori tramite un campo elettrico che inietta una corrente sulla linea silenziosa (vittima) proporzionale alla velocità di variazione della tensione sulla linea guidata (aggressore).

Induttanza reciproca

L'effetto di indurre corrente da una linea guidata (aggressore) su una linea silenziosa (vittima) per mezzo di un campo elettrico.

O

Atterraggio lungo

La percentuale in cui una forma d'onda sale al di sopra del suo valore superiore determinato prima di impostare il valore corretto.

P

PCB
Circuito stampato. Foglio isolato coperto da un modello predefinito di materiale conduttivo, che diventa un circuito quando popolato con componenti elettronici.
PCML ·
Logica accoppiata con emettitore positivo. Standard I/O basato sulla logica della coppia di emettiti, utilizzato in applicazioni ad alta velocità grazie alle sue proprietà di commutazione rapida dello stato.
PC
Sottostrato di codifica fisica. Molti protocolli dividono il livello fisico del modello OSI (Open System Interconnection) in due ulteriori sottolivello, PMA e PCS. Il sottolivello PCS descrive la funzionalità digitale dell'interfaccia fisica, tra cui l'allineamento delle parole, il rilevamento dei modelli e lo schema di codifica dei dati come 8b10b.
Rilevatore di pattern
Logica del ricetrasmettitore utilizzata per identificare modelli di dati specifici all'interno del flusso di dati al fine di allineare i dati. Può utilizzare codici virgola 8b10b, modelli A1A2 all'interno dei dati SONET o codici dati utente.
PLL
Loop bloccato in fase. Un sistema di controllo della frequenza a circuito chiuso basato sulla differenza di fase tra il segnale di ingresso e il segnale di uscita di un oscillatore controllato. I PLL possono correggere discrepanze di fase di frequenza grandi e piccole attraverso la messa a punto, rispettivamente.
PMA
Sottostrato di attacco fisico medio. Molti protocolli dividono il livello fisico del modello OSI (Open System Interconnection) in due ulteriori sottolivello, PMA e PCS. Il sottostrato PMA descrive la sezione analogica o elettrica dell'interfaccia.
PRBS ·
Pseudo sequenza di bit casuale. Una sequenza di test di telecomunicazione che mostra determinate qualità di casualità e autocorrelazione. Mentre una sequenza PRBS può essere utilizzata per valutare le prestazioni di un sistema in condizioni di dati casuali, è completamente prevedibile e ripetibile.
Pre-enfasi
Metodo di potenziamento di un segnale dati per compensare le perdite IR introdotte dal mezzo di trasmissione. La pre-enfasi aumenta il segnale iniziale quando si verifica una transizione, ma de-enfatizza un segnale con una lunghezza di esecuzione maggiore di 1 dopo l'intervallo della prima unità.
PWD
Distorsione della larghezza di impulso (vedere DCD).

R

Vota Matcher

Logica del ricetrasmettitore utilizzata per abbinare i dati ricevuti all'orologio logico interno. Nei sistemi basati su CDR, le frequenze di clock dei dispositivi di trasmissione e ricezione spesso non corrispondono. Questa mancata corrispondenza può causare la trasmissione dei dati a una velocità leggermente più veloce o più lenta di quella che il dispositivo ricevente può interpretare. Il rate matcher risolve le differenze di frequenza tra il clock recuperato e il clock dell'array logico PLD inserendo o eliminando caratteri rimovibili dal flusso di dati, come definito dal protocollo di trasmissione, senza compromettere i dati trasmessi. Conosciuto anche come correzione dell'orologio.

Riflessione

L'aspetto di un segnale precedentemente trasmesso sulla linea di trasmissione che causa interferenze con il segnale corrente. Le riflessioni sono causate da una linea di trasmissione mal terminata o discontinua, in cui l'energia del segnale non viene completamente assorbita all'interno del ricevitore e viene quindi trasmessa verso il trasmettitore.

Suonare

La comparsa di overshoot del segnale e undershoot al ricevitore, causato da riflessi sulla linea di trasmissione.

RJ

Jitter casuale. Jitter imprevedibile intasato da un rumore casuale presente durante le transizioni dei bordi, proveniente da componenti mal progettati o alimentatori rumorosi.

RPAT ·

Modello casuale. Modello di test IEEE utilizzato nei test di conformità Ethernet a 10 Gbit.

Lunghezza corsa

È necessario un numero di intervalli di unità (UI) prima di una transizione affinché l'orologio venga recuperato dal percorso dei dati. Si riferisce alle trasmissioni basate su CDR.

S

Scrambler

Schema di codifica di trasmissione prestabilito utilizzato per disperdere i dati in bit al fine di fornire il bilanciamento DC e garantire CDR. Utilizzato nelle applicazioni SONET / SDH.

SERDES

Serializzatore/deserializzatore. Converte i dati paralleli a bassa velocità dalla sorgente in dati seriali ad alta velocità per la trasmissione al trasmettitore. Converte i dati seriali ad alta velocità ricevuti in dati paralleli a bassa velocità sul ricevitore.

Integrità del segnale

Tecniche di progettazione utilizzate per garantire che i dati trasmessi possano essere interpretati con successo dal ricevitore entro le tolleranze del protocollo.

SJ (Jitter sinusoidale)

Jitter variabile lento, che è spesso monitorato da un PLL. Il jitter sinusoidale deriva dall'accoppiamento incrociato di vari segnali all'interno del sistema. Conosciuto anche come rumore ciclostazionario.

Inclinazione

Ritardo temporale tra diversi bit trasmessi contemporaneamente, misurato al ricevitore.

Salta personaggi

K (virgola) caratteri utilizzati per l'allineamento dei dati. Il ricevitore rimuoverà questi caratteri da un flusso di dati per consentire problemi di inclinazione tra i canali o tra gli orologi di sistema. Utilizzato per l'allineamento dei canali e la corrispondenza delle velocità.

SONET

Rete ottica sincrona. Standard di rete di telecomunicazione che descrive la connessione di sistemi ottici.

SSO

Uscite di commutazione simultanee. Condizione in cui un numero di uscite passa allo stesso livello contemporaneamente. Ciò può comportare il rimbalzo del terreno in un sistema non protetto.

T

Terminazione

Aggiunta di componenti passivi sulla linea di trasmissione per garantire la corrispondenza dell'impedenza tra trasmettitore, ricevitore e linea di trasmissione.

TIA

Associazione dell'industria delle telecomunicazioni. Organizzazione degli standard di comunicazione.

U

Undershoot

La percentuale in cui una forma d'onda scende al di sotto del valore più basso determinato prima di impostare il valore corretto.

V

Via (contesto PCB)

Utilizzato come metodo di interconnettività per un PCB multistrato. Costruito utilizzando un foro stagnato collegato ai binari che richiedono connettività.

VOD (VOD)

Differenziale di uscita di tensione. Descrive la differenza di tensione da picco a picco tra un livello di tensione del segnale basso attivo e un livello di tensione del segnale alto attivo.

W

WAN

Rete wide area. Una rete di comunicazione utilizzata per collegare un numero di LAN insieme.

Vagabondare

Simile al jitter. Variazione a lungo termine di una forma d'onda digitale dal suo stato trasmesso originale.

X

XAUI ·

Interfaccia unità di attacco a 10 Gbit. Descrive la connessione Ethernet a 10 Gbps opzionale tra l'interfaccia fisica (PHY) e il controllo dell'accesso ai supporti (MAC). Può essere utilizzato come alternativa a XGMII per applicazioni chip-to-chip o backplane. XAUI fornisce un'interfaccia a quattro canali che opera a 3.125 gigabit al secondo (Gbps).

XGMII

Interfaccia indipendente da supporti a 10 Gbit. Viene descritta la connessione dell'interfaccia Ethernet a 10 Gbps tra MAC e PHY. XGMII fornisce un'interfaccia a 74 pin che opera a 312 Mhz.

XSBI ·

Interfaccia a sedici bit a 10 Gbit. Descrive la connessione opzionale dell'interfaccia Ethernet a 10 Gbps tra MAC e PHY. Richiede 16 corsie differenziali tra 622 e 645 Mbps.

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