Eingebettete Systeme in der Elektronik-Industrie

PRODUKTINNOVATION

National Semiconductor - SerDes mit industrieweit geringstem Jitter

SerDes-Chipsatz vereinfacht die Daten-Serialisierung mit Übertragungsraten bis 3,125 Gbit/s

Der neue Serializer/Deserializer-Chipsatz (SerDes) von National Semiconductor erzielt mit 35 ps (peak-to-peak) den besten Ausgangs-Jitter der Industrie und weist außerdem die beste eingangsseitige Jitter-Toleranz von 0,9 UI (Units Interval) mit einer Bitfehlerrate von unter 10-15 auf. Der SerDes-Chipsatz serialisiert Daten mit einer Rate bis zu 3,125 Gbit/s und eignet sich hervorragend für industrielle Anwendungen, bildgebende medizinische Geräte, Kommunikations-Infrastrukturen, kommerzielle Displays (beispielsweise für Point-of-Sales-Abrechnungssysteme) sowie Prüf- und Messsysteme.

Der hochintegrierte Chipsatz besteht aus dem Serializer DS32ELX0421 und dem Deserializer DS32ELX0124. Die Bausteine sind mit integrierten Signal- und Taktaufbereitungs-Schaltungen ausgestattet, wodurch sich die Übertragungsdistanz auf CAT-6-Kabel (23 AWG, geschirmt) auf über 20 m erhöht. Der SerDes-Chipsatz unterstützt ein breites Spektrum von Übertragungsmedien von CAT-5-Kabel über Lichtwellenleiter und Koaxialkabel (50 oder 75 Ohm) bis hin zu FR-4-Backplanes.

Die spezielle Architektur dieser SerDes-Lösung ersetzt den bisher üblichen, breiten parallelen Bus mit Single-Ended-Signalisierung durch ein 5 Bit breites LVDS-Interface (Low-Voltage-Differential-Signaling). Diese richtungsweisende Schnittstellenlösung vereinfacht das Leiterplatten-Layout, indem sie die Zahl der I/O-Pins sowie der Leiterbahnen zwischen Serializer, Deserializer und FPGA (Field-Programmable Gate Array) reduziert. Abgesehen davon verringert das LVDS-Interface des SerDes auch die elektromagnetischen Interferenzen (EMI) und ermöglicht den Einsatz kostengünstiger FPGAs in einer Vielzahl schneller Hochleistungs-Applikationen.

Die redundanten I/Os und die mit Retiming arbeitende Active-Loop-Through-Struktur des SerDes macht anspruchsvolle Systemkonfigurationen wie zum Beispiel Failover, Link Aggregation und Daisychaining möglich. Bei einer Leistungsaufnahme von unter 1 W bieten beide Bausteine zusätzlich einen automatischen Standby-Modus mit Signalerkennung sowie einen konfigurierbaren Sleep-Modus, um die Stromaufnahme weiter zu reduzieren.
„Die neue Familie schneller Serializer und Deserializer von National ist für den Einsatz als Front-End-Chipsatz für unsere kostengünstigen FPGAs der Reihe Spartan-3 geradezu prädestiniert“, kommentiert Oliver Garreau, Senior Engineering Manager bei der Spartan FPGA Group von Xilinx, und fügt hinzu: „Diese SerDes-Lösung unterstützt eine breite Palette von High-Speed-Applikationen mit hervorragender analoger Performance, ist aber dank ihres hohen Integrationsgrads trotzdem kosteneffektiv.“

Jim Beneke, Vice President of Global Technical Marketing bei Avnet Electronics Marketing, ergänzt: „Den Low-Cost-FPGAs fehlte bislang die Fähigkeit zur Unterstützung schneller serieller Schnittstellen. Mit der Einführung der neuen Serializer und Deserializer von National Semiconductor können unsere Kunden jedoch jetzt schnelle serielle Interfaces hinzufügen, die sowohl einfach zu implementieren als auch kosteneffektiv sind. National und Avnet haben gemeinsam Tools und Referenzdesigns entwickelt, um unseren FPGA-Kunden die erfolgreiche Arbeit mit diesen interessanten neuen SerDes-Produkten zu ermöglichen.“

Von National gibt es ergänzend Referenz-IP und Design-Anleitungen zum Verbinden von FPGAs mit den Bausteinen DS32ELX0421 und DS32ELX0124. Im Rahmen seines FPGA-IP-Pakets bietet National eine BERT-Engine (Bit Error Rate Test) zum Generieren und Auswerten von Prüfmustern sowie Systemfunktionen wie Link Aggregation und Failover an.

Der in einem kompakten 48-Pin-LLP®-Gehäuse angebotene Serializer DS32ELX0421 von National enthält ein paralleles 5-Bit-LVDS-Dateninterface mit doppelter Datenrate (DDR) sowie einen redundanten seriellen Ausgangskanal. Die integrierte PLL-Stufe zur Jitter-Entfernung unterstützt einen weiten Bereich von Eingangs-Taktfrequenzen von 125 MHz bis 312,5 MHz für serielle Datenraten zwischen 1,25 und 3,125 Gbit/s. Der DS32ELX0421 ermöglicht die Programmierung des De-Emphasis-Levels in Senderichtung und der Ausgangsspannungs-Pegel sowie die Wahl der Codierung zur Wahrung der DC-Symmetrie. Dank dieser flexiblen Programmierbarkeit kommt der DS32ELX0421 für eine noch umfangreichere Palette an Übertragungsmedien und Anwendungen in Frage als existierende Serializer. Ein besonderes Remote-Sensing-Feature dient der automatischen Erkennung und gegenseitigen Abstimmung des Verbindungsstatus zusammen mit dem zugehörigen Deserializer DS32ELX0124. Die typische Leistungsaufnahme des DS32ELX0421 bei 3,125 Gbit/s beträgt 470 mW.

National bietet den Deserializer DS32ELX0124 ebenfalls im 48-Pin-LLP-Gehäuse an. Zu seinen Features gehören ein LVDS-Parallelinterface (DDR, 5 Bit), ein redundanter serieller Eingang und ein serieller Ausgangskanal mit Retiming. Der DS32ELX0124 deserialisiert schnelle serielle Daten mit bis zu 3,125 Gbit/s an fünf LVDS-Ausgänge, ohne dass ein externer Referenztakt benötigt wird. Er verfügt über eine programmierbare Entzerrer-Funktion in Empfangsrichtung und zeichnet sich durch eine minimale Jitter-Toleranz von 0,9 UI aus. Die Remote-Sensing-Funktion meldet automatisch den Verbindungsstatus an den zugehörigen Serializer DS32ELX0421, um ein intelligentes Link-Management zu ermöglichen. Der DS32ELX0124 nimmt bei 3,125 Gbit/s typisch 525 mW auf.

Zusätzlich zum Serializer DS32ELX0421 und zum Deserializer DS32ELX0124 gibt es von National den Serializer DS32EL0421 für Applikationen, die keinen redundanten seriellen Ausgangskanal benötigen, sowie den Deserializer DS32EL0124 ohne redundanten seriellen Eingang und ohne seriellen Ausgangskanal mit Retiming.