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針對背板時脈分配的AdvancedTCA規格

上網時間: 2003年07月26日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:M-LVDS,AdvancedTCA specification,network infrastructure,interface,hot-swap,多點低壓差分信號,通訊  運算  架構  規格,網路  基礎,介面,熱插拔 

下一代用於數據傳輸的I/O密集型網路基礎設備需要在性能上取得革命性進步,以滿足頻寬、容量和可擴展需求。它們將利用眾多的I/O技術透過設備的背板點對點地傳輸Gbps級串列數據流。

相應地,它們需要一種強韌的、可擴展的分佈式時脈管理平面。多點低壓差分信號(M-LVDS)技術將支援未來基礎設備的時脈分配,以滿足這種需求。

隨著交換結構在各種網路基礎設備中越來越佔據主流地位,對其進行標準化的呼聲日益高漲。定製設計後的背板和交換結構雖然能提供差異化的性能,但可能無法達到獲得投資回報所需的經濟規模。對新架構進行標準化的努力正進行之中,以便使企業能夠同時實現性能和經濟目標。這種努力的一個案例是PCI產業電腦製造商協會開發的AdvancedTCA(先進電信運算架構)規格。

標準介面

AdvancedTCA規格是一個全面的文件檔,包括相容子系統對機械、散熱、電氣和功率等方面的要求。該規格提供了各種不同的標準化交換結構介面,同時對於公共的功能使用一套基礎的核心規格。

像AdvancedTCA這樣的標準已經形成,它們將使M-LVDS作為一種新的時脈分配模型在網路設備中得到廣泛應用。如果我們首先考察一下現有的解決方案,那麼就能更好地理解這種新方法。

如同任何複雜的設計一樣,時序訊號必須透過在各個交換機或路由器等設備中的不同電路板來分配。一種經典的方法是由一個中央時脈模組透過背板向各個附加卡分配時序訊號。舊式系統採用單端式時脈分配,差分信號是首選的方法,但隨著時脈速度不斷提高,訊號的完整性變成一個越來越嚴重的問題。

為了改進中央時脈模組方案,一種方法是使用一組冗餘時脈模組,它們在主時脈模組失效的情況下可以提高可靠性。無論是採用中央時脈還是冗餘時脈方法,時脈模組通常使用眾多點對點鏈路(由一個節點到周圍各個節點)來‘散播’時序訊號。每個節點經常需要對時脈訊號做進一步處理。這些處理可能涉及透過‘抖動清除器’梳理接收到的訊號或者透過時脈分頻器、倍頻器和鎖相環來合成本地時脈。

然而,由AdvancedTCA規定的時脈分配架構代表了不同於這些傳統系統的方法。它支援星型、雙星型和全網格交換結構,其中,全網格是最靈活且最強韌的實現方法,具有最高靈活性和最高吞吐量的實現方案,它在各個系統板之間使用一組完全互連的數據路徑。隨著系統不斷添加各種電路板,設備的容量相應增大,而不會受到平行匯流排瓶頸或交換結構集線器卡的限制。圖:M-LVDS將作為一種新的時脈分配模型在網路設備中得到廣泛應用。

AdvancedTCA還支援新的多點式時脈分配方案,這種靈活的時脈分配方法是可靠且強韌的。

在一個AdvancedTCA系統中,任何板卡都可以是時脈訊號源。這與中央或冗餘中央方法截然不同,在那些方法中時脈分配是特定時脈模組的專有功能。此外,時脈訊號可以透過匯流排在所有附加卡之間進行傳播。點對點時脈方案能夠為各個板卡提供比這種匯流排方案更清晰的訊號;但是當‘時脈處理’單元被各個節點普遍採用時,匯流排方法能提供更低成本、更靈活的解決方案。採用這種新的時脈分配方法後,每塊板卡現在變成一個時脈訊號源,因而體現了真正的多點拓樸(多個驅動器和多個接收器)。

AdvancedTCA規定了三種獨立的冗餘時脈匯流排。系統透過切換到備用匯流排來處理單點失效故障,而且系統的所有板卡都可以進行這種切換,與此同時不會損失同步性。因為各個板卡會輪流充當時脈源,所以AdvancedTCA架構的這種分配特性能提供更高的可靠性。

此外,AdvancedTCA系統為時脈分配提供了強韌的解決方案。與時脈匯流排互連的每塊板卡必須支援熱插拔(在系統工作時進行插入和拔出作業),同時又不會受損,而且必須確保時脈介面設備在熱插拔和上電期間為高阻態。

驅動器和接收器

這種新的時脈分配方法需要採用新類型的時脈驅動器和接收器。AdvancedTCA規格需要結合M-LVDS技術,以實現這種同步系統。M-LVDS技術的標準TIA/EIA-899已經完成,它提供了真正的多點功能,是AdvancedTCA架構的理想選擇。

M-LVDS要求驅動器具有偏斜率(slew-rate)受限的邊沿,轉換時間大於或等於1奈秒。這種邊沿斜率允許更長的訊號柱(stub),正如在匯流排時脈環境中會遇到的一樣,同時它們仍然支援高於200MHz的時脈速率。

為了支援多點時脈分配,AdvancedTCA需要在匯流排的兩端終止時脈匯流排結構。在時脈匯流排連線上使用的背板差分阻抗為130歐姆。因為是電容器負載,所以為背板補充一些板卡可以降低這個阻抗值。匯流排終端為80歐姆,時脈驅動器的負載大約為40歐姆。

M-LVDS驅動器提供11毫安的電流,在大負載情況下可以供應大於400毫伏的差分訊號。M-LVDS接收器的臨界值為50毫伏,比LVDS接收器提高了2倍。這樣的臨界值,再加上400毫伏的差分訊號,能夠可靠地傳輸和恢復匯流排時脈訊號。

為了充分支援匯流排時脈方案,M-LVDS還提供了競爭仲裁機制。M-LVDS驅動器能夠防止多個驅動器同時啟動的錯誤條件。AdvancedTCA規格包括一個管理層,可以防止在任何瞬間一個以上的時脈驅動器處於有效的工作狀態下。

系統架構師在設計網路設備時,元件的互換性是他們考慮的另一個重要因素。M-LVDS時脈分配解決方案透過標準相容來支援這種需求。TI公司已經發佈兩個標準相容的M-LVDS收發器系列。最新的產品支援AdvancedTCA規格所要求的100MHz時脈分配。

作者:Jim Dietz


系統工程師


德州儀器公司




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