利用Virtex-5LXT應(yīng)對串行背板接口設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　采用串行技術(shù)進(jìn)行高端系統(tǒng)設(shè)計(jì)已占很大比例。在《EETimes》雜志最近開展的一次問卷調(diào)查中，有92%的受訪者表示2006年已開始設(shè)計(jì)串行I/O系統(tǒng)，而在2005年從事串行設(shè)計(jì)的僅占6?%。

　　串行技術(shù)在背板應(yīng)用中的盛行，大大促進(jìn)了這一比例的提高。隨著對系統(tǒng)吞吐量的要求日益提高，陳舊的并行背板技術(shù)已經(jīng)被帶寬更高、信號完整性更好、電磁輻射和功耗更低、PCB設(shè)計(jì)更為簡單的基于串行解串器(SerDes)技術(shù)的背板子系統(tǒng)所代替。

　　諸如XAUI和千兆位以太網(wǎng)(GbE)等有助于簡化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互操作性的標(biāo)準(zhǔn)串行協(xié)議的問世，進(jìn)一步推動(dòng)了串行技術(shù)的應(yīng)用。此外，PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)(PICMG)制定的AdvancedTCA和MicroTCA等串行背板規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，也對串行技術(shù)的快速普及起到了重要作用。串行背板技術(shù)具有極大的優(yōu)越性，不但廣泛用于通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)，還被應(yīng)用到電視廣播系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)和工業(yè)/測試系統(tǒng)等。

　　設(shè)計(jì)“頑癥”

　　盡管串行技術(shù)的應(yīng)用已日益普遍，但許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)依然橫亙在設(shè)計(jì)人員面前。背板子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，它必須能夠在板卡間提供可靠的信號傳輸。因此，在背板設(shè)計(jì)中，確保很高的信號完整性(SI)是首要任務(wù)。

　　另外，采用能夠以極低誤碼率驅(qū)動(dòng)背板的、基于SerDes技術(shù)的適當(dāng)芯片也至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)人員重復(fù)利用舊背板上的早期元件和設(shè)計(jì)規(guī)則的“早期系統(tǒng)升級”應(yīng)用中，利用芯片元件來改善SI尤為重要。

　　開發(fā)串行背板協(xié)議和交換接口(fabric interface)也是設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。大多數(shù)背板設(shè)計(jì)都利用了采用專有協(xié)議的早期專用集成電路(ASIC)，甚至一些比較新的背板設(shè)計(jì)也要求采用專有背板協(xié)議。因此，芯片解決方案必須十分靈活，能夠支持必要的定制化。雖然ASIC可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但是，ASIC通常成本高，而且存在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楫a(chǎn)品需求量/銷量不確定，可能產(chǎn)生設(shè)計(jì)缺陷以及技術(shù)規(guī)格的更改等。

　　近來，基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的模塊化交換結(jié)構(gòu)逐漸成為熱點(diǎn)技術(shù)。這種技術(shù)有助于縮短開發(fā)周期，但所采用的芯片解決方案必須支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并且允許靈活地對最終產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)具特色的定制。當(dāng)然，還有成本、功耗和上市時(shí)間等不可回避的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對串行背板設(shè)計(jì)中的這一系列挑戰(zhàn)，Xilinx推出了Virtex-5LXT FPGA平臺和IP解決方案。

　　串行背板解決方案

　　面向串行背板應(yīng)用的Xilinx Virtex-5LXT FPGA的關(guān)鍵技術(shù)是嵌入式RocketIO GTP低功耗串行收發(fā)器。最大的Virtex-5LXTFPGA中最高可包含24個(gè)串行收發(fā)器，每個(gè)串行收發(fā)器的運(yùn)行速率范圍均為100Mbps至3.2Gbps。結(jié)合可編程結(jié)構(gòu)，該FPGA能夠以高達(dá)3.2Gbps的速率支持幾乎所有的串行協(xié)議，不論是專有協(xié)議還是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

　　對串行背板應(yīng)用而言，更重要的是內(nèi)置信號調(diào)理特性，包括傳輸預(yù)加重和接收均衡技術(shù)。這些特性可以實(shí)現(xiàn)速率高達(dá)數(shù)千兆比特的遠(yuǎn)距離(通常可達(dá)40英寸或更遠(yuǎn))信號傳輸。這兩種均衡方法都是通過增強(qiáng)高頻信號分量和衰減低頻信號分量，來最大限度地降低符號間干擾(ISI)的影響。區(qū)別在于，預(yù)加重是對線路驅(qū)動(dòng)器輸出的發(fā)射信號執(zhí)行的，而接收均衡則是對傳入IC封裝的接收信號執(zhí)行的。預(yù)加重和均衡特性均可編程為不同狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)信號補(bǔ)償。

　　除了信號調(diào)理特性，這些串行接收器還具備其他對背板有用的特性，如可編程輸出擺幅，這種特性可以實(shí)現(xiàn)與多種其他基于電流型邏輯電路(CML)的器件連接和內(nèi)置交流耦合電容器―可簡化傳輸線路設(shè)計(jì)、降低ISI。