电子工程专辑
UBM China

针对背板时钟分配的AdvancedTCA规范

上网日期: 2003年07月26日 ?? 作者: Jim Dietz ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友

关键字:M-LVDS? AdvancedTCA specification? network infrastructure? interface?

下一代用于数据传输的I/O密集型网络基础设备需要在性能上取得革命性进步,以满足带宽、容量和可扩展需求。它们将利用众多的I/O技术通过设备的背板点对点地传输Gbps级串行数据流。

相应地,它们需要一种鲁棒的、可扩展的分布式时钟管理平面。多点低压差分信令(M-LVDS)技术将支持未来基础设备的时钟分配,以满足这种需求。

随着交换结构在各种网络基础设施中越来越占据主流地位,对其进行标准化的呼声日益高涨。定制设计后的背板和交换结构虽然能提供差异化的性能,但可能无法达到获得投资回报所需的经济规模。对新架构进行标准化的努力正在进行之中,以便使企业能够同时实现性能和经济目标。这种努力的一个案例是PCI工业计算机制造商协会开发的AdvancedTCA(先进电信计算架构)规范。

标准接口

AdvancedTCA规范是一个全面的文档,包括兼容子系统对机械、散热、电气和功率等方面的要求。该规范提供了各种不同的标准化交换结构接口,同时对于公共的功能使用一套基础的内核规范。

像AdvancedTCA这样的标准已经形成,它们将使M-LVDS作为一种新的时钟分配模型在网络设备中得到广泛应用。如果我们首先考察一下现有的解决方案,那么就能更好地理解这种新方法。

如同任何复杂的设计一样,时序信号必须通过在各个交换机或路由器等设备中的不同电路板来分配。一种经典的方法是由一个中央时钟模块通过背板向各个插卡分配时序信号。旧式系统采用单端式时钟分配,差分信令是首选的方法,但随着时钟速度不断提高,信号的完整性变成一个越来越严重的问题。

为了改进中央时钟模块方案,一种方法是使用一组冗余时钟模块,它们在主时钟模块失效的情况下可以提高可靠性。无论是采用中央时钟还是冗余时钟方法,时钟模块通常使用众多点对点链路(由一个节点到周围各个节点)来“散播”时序信号。每个节点经常需要对时钟信号做进一步处理。这些处理可能涉及通过“抖动清除器”梳理接收到的信号或者通过时钟分频器、倍频器和锁相环来合成本地时钟。

然而,由AdvancedTCA规定的时钟分配架构代表了不同于这些传统系统的方法。 它支持星型、双星型和全网格交换结构,其中,全网格是最灵活且最鲁棒的实现方法,具有最高灵活性和最高吞吐量的实现方案,它在各个系统板之间使用一组完全互连的数据路径。随着系统不断添加各种电路板,设备的容量相应增大,而不会受到并行总线瓶颈或交换结构集线器卡的限制。图:M-LVDS将作为一种新的时钟分配模型在网络设备中得到广泛应用。

AdvancedTCA还支持新的多点式时钟分配方案,这种灵活的时钟分配方法是可靠且鲁棒的。

在一个AdvancedTCA系统中,任何板卡都可以是时钟信号源。这与中央或冗余中央方法截然不同,在那些方法中时钟分配是特定时钟模块的专有功能。此外,时钟信号可以通过总线在所有插卡之间进行传播。点对点时钟方案能够为各个板卡提供比这种总线方案更清晰的信号;但是当“时钟处理”单元被各个节点普遍采用时,总线方法能提供更低成本、更灵活的解决方案。采用这种新的时钟分配方法后,每块板卡现在变成一个时钟信号源,从而体现了真正的多点拓扑(多个驱动器和多个接收器)。

AdvancedTCA规定了三种独立的冗余时钟总线。系统通过切换到备用总线来处理单点失效故障,而且系统的所有板卡都可以进行这种切换,与此同时不会损失同步性。因为各个板卡会轮流充当时钟源,所以AdvancedTCA架构的这种分配特性能提供更高的可靠性。

此外,AdvancedTCA系统为时钟分配提供了鲁棒的解决方案。与时钟总线互连的每块板卡必须支持热插拔(在系统工作时进行插入和拔出操作),同时又不会受损,而且必须确保时钟接口设备在热插拔和上电期间为高阻态。

驱动器和接收器

这种新的时钟分配方法需要采用新类型的时钟驱动器和接收器。AdvancedTCA规范需要结合M-LVDS技术,以实现这种同步系统。M-LVDS技术的标准TIA/EIA-8?9已经完成,它提供了真正的多点功能,是AdvancedTCA架构的理想选择。

M-LVDS要求驱动器具有偏斜率(slew-rate)受限的边沿,转换时间大于或等于1纳秒。这种边沿斜率允许更长的信号柱(stub),正如在总线时钟环境中会遇到的一样,同时它们仍然支持高于200MHz的时钟速率。

为了支持多点时钟分配,AdvancedTCA需要在总线的两端终止时钟总线结构。在时钟总线连线上使用的背板差分阻抗为130欧姆。因为是电容负载,所以为背板补充一些板卡可以降低这个阻抗值。总线终端为80欧姆,时钟驱动器的负载大约为40欧姆。

M-LVDS驱动器提供11毫安的电流,在大负载情况下可以供应大于400毫伏的差分信号。M-LVDS接收器的阈值为50毫伏,比LVDS接收器提高了2倍。这样的阈值,再加上400毫伏的差分信号,能够可靠地传输和恢复总线时钟信号。

为了充分支持总线时钟方案,M-LVDS还提供了竞争仲裁机制。M-LVDS驱动器能够防御多个驱动器同时激活的错误条件。AdvancedTCA规范包括一个管理层,可以防止在任何瞬间一个以上的时钟驱动器处于有效的工作状态下。

系统架构师在设计网络设备时,元件的互换性是他们考虑的另一个重要因素。M-LVDS时钟分配解决方案通过标准兼容来支持这种需求。TI公司已经发布两个标准兼容的M-LVDS收发器系列。最新的产品支持AdvancedTCA规范所要求的100MHz时钟分配。

作者:Jim Dietz


系统工程师


德州仪器公司






我来评论 - 针对背板时钟分配的AdvancedTCA规范
评论:
*? 您还能输入[0]字
分享到: 新浪微博 qq空间
验证码:
????????????????
?

关注电子工程专辑微信
扫描以下二维码或添加微信号“eet-china”

访问电子工程专辑手机网站
随时把握电子产业动态,请扫描以下二维码

?

5G网络在提供1Gbps至10Gbps吞吐量方面具有很好的前途, 并且功耗要求比今天的网络和手机都要低,同时还能为关键应用提供严格的延时性能。本期封面故事将会与您分享5G的关键技术发展,以及在4G网络上有怎样的进步。

?
?
有问题请反馈
推荐到论坛,赢取4积分X