मल्टी-गीगाबिट ट्रांसीवर
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एक मल्टी-गीगाबिट ट्रांसीवर (MGT) एक SerDes है जो 1 गीगाबिट/सेकेंड से ऊपर सीरियल बिट दर पर काम करने में सक्षम है। एमजीटी का डेटा संचार के लिए तेजी से उपयोग किया जाता है क्योंकि वे लंबी दूरी पर चल सकते हैं, कम तारों का उपयोग कर सकते हैं, और इस प्रकार समतुल्य डेटा थ्रूपुट के समानांतर इंटरफेस की तुलना में कम लागत होती है।
कार्य
अन्य SerDes की तरह, MGT का प्राथमिक कार्य समानांतर डेटा को सीरियल बिट्स की धारा के रूप में प्रसारित करना है, और इसे प्राप्त होने वाले सीरियल बिट्स को समानांतर डेटा में परिवर्तित करना है। एमजीटी का सबसे बुनियादी प्रदर्शन मीट्रिक इसकी सीरियल बिट दर या लाइन दर है, जो प्रति सेकंड प्रसारित या प्राप्त करने वाले सीरियल बिट्स की संख्या है। हालांकि कोई सख्त नियम नहीं है, MGT आमतौर पर 1 गीगाबिट/सेकंड या उससे अधिक की लाइन दरों पर चल सकते हैं। MGT डेटा प्रोसेसिंग सिस्टम के लिए 'डेटा हाईवे' बन गए हैं जो कच्चे डेटा इनपुट और आउटपुट (जैसे वीडियो प्रोसेसिंग एप्लिकेशन) में उच्च/बाहर की मांग करते हैं। वे FPGA पर बहुत आम होते जा रहे हैं - ऐसे प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस विशेष रूप से समानांतर डेटा प्रोसेसिंग एल्गोरिदम के लिए अच्छी तरह से फिट होते हैं।
सीरियलाइजेशन और डी-सीरियलाइजेशन से परे, एमजीटी को कई अतिरिक्त तकनीकों को शामिल करना चाहिए ताकि उन्हें उच्च लाइन दरों पर संचालित किया जा सके। इनमें से कुछ नीचे सूचीबद्ध हैं:
Technology | Function |
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Differential signaling | MGTs use differential signaling to transmit and receive serial data. Differential signaling allows faster switching, because the change in signal level required to switch from 1 to 0 or 0 to 1 is halved. In addition, as long as the skew between the two lines of each differential pair is minimized, differential signals have increased immunity to Electromagnetic Interference (EMI), crosstalk, and noise. |
MOS current mode logic (MCML) | MCML refers to current mode logic implemented using MOSFET instead of Bipolar transistors. MCML uses differential amplifiers to drive and receive data at high speeds using low voltages |
Emphasis | At high line rates, the lines carrying serial data tend to behave like low-pass filters. This causes the high frequency components of the serial data to lose power more quickly than the low frequency components, distorting the signal and causing Intersymbol Interference (ISI). One way to counter this problem is to use Preemphasis or Deemphasis to shape the transmitted signal to compensate for the expected losses. |
Receive equalization | An alternative to emphasis is Equalization, where the high frequency parts of a received signal's spectrum are amplified more than the low frequency parts, to compensate for the low-pass behavior of the line. |
Termination impedance matching | At high line rates, the wires used to carry serial data have many of the properties of Transmission lines. One important property is that signals on the line can be distorted if the impedance of the MGT at the transmitter and receiver does not match the impedance of the line. To counter this, MGTs are typically designed to match the impedance of the wires that connect them as closely as possible. A commonly used impedance value is 100Ω (differential, roughly equivalent to 50Ω single ended impedance for each wire). |
Phase-locked loops (PLLs) | To serialize data at high speeds, the serial clock rate must be an exact multiple of the clock for the parallel data. Most MGTs use a PLL to multiply a reference clock running at the desired parallel rate to the required serial rate. |
Clock data recovery (CDR) | When serial data are received, the MGT must use the same serial clock that serialized the data to deserialize it. At high line rates, providing the serial clock with a separate wire is very impractical because even the slightest difference in length between the data line and the clock line can cause significant clock skew. Instead, MGTs recover the clock signal from the data directly, using transitions in the data to adjust the rate of their local serial clock so it is locked to the rate used by the other MGT. Systems that use CDR can operate over much longer distances at higher speeds than their non-CDR counterparts. |
Encoding/decoding | The pattern of data transmitted serially between MGTs can impact their performance.
Most communication protocols for MGTs use a data encoding system to avoid these problems. An additional advantage of encoding is that it allows control information to be transmitted along with data. This is important for functions such as error detection, alignment, clock correction, and channel bonding. Some popular encodings are:
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Error detection | Most systems require some form of error detection. The most common forms of error detection in MGTs are:
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Alignment | When an MGT receives serial data, it needs to determine the byte boundaries of the data before it can present the data as parallel bits. This function is typically performed by an alignment block. The exact method used for alignment depends on the type of encoding used for the data:
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Clock correction | There is always a small frequency difference (typically ~+/-100 ppm) between reference clock sources, even if they are nominally the same frequency. As a result, in systems where each MGT uses its own reference clock, each MGT uses a slightly different frequency for its transmit datapath (TX), and its receive datapath (RX).
Many protocols simplify the clocking by using clock correction. In clock correction, each MGT includes an asynchronous FIFO. RX data are written to the FIFO using the serial clock from the CDR, and read from the FIFO using the parallel clock from the rest of the system (the local clock), usually the same parallel clock as was used for TX. Since the CDR clock and the local clock are not exactly the same, the FIFO will eventually overflow or underflow unless it is corrected. To allow correction, each MGT periodically transmits one or more special characters which the receiver is allowed to remove or replicate in the FIFO as necessary. By removing characters when the FIFO is too full, and replicating characters when the FIFO is too empty, the receiver can prevent overflow/underflow. These special characters are commonly known as SKIP. |
Channel bonding | Many protocols combine multiple MGT connections to create a single higher throughput channel (e.g. XAUI, PCI Express). Unless each of the serial connections is exactly the same length, skew between the lanes can cause data transmitted at the same time to arrive at different times.
Channel bonding allows the MGTs to compensate for skew between multiple connections. The MGTs all transmit a channel bonding character (or sequence of characters) simultaneously. When the sequence is received, the receiving MGTs can determine the skew between them, then adjust the latency of FIFOs in their receive datapaths to compensate. |
Electrical idle/out-of-band signaling | Some protocols use the absence of a differential voltage over a specified threshold value to send messages. For example, PCI Express uses Electrical Idle signals to indicate when endpoints should go in and out of low power modes. Similarly, serial ATA uses COM signals for power management. To support these features, MGTs must include circuits capable of generating and detecting electrical idle/OOB signals on the serial lines. |
सिग्नल अखंडता और घबराना
एमजीटी के लिए उनकी उच्च लाइन दरों के कारण सिग्नल अखंडता महत्वपूर्ण है। दिए गए हाई-स्पीड लिंक की गुणवत्ता को कनेक्शन के बिट एरर रेट | बिट एरर रेश्यो (बीईआर) (त्रुटि में प्राप्त बिट्स का कुल प्राप्त बिट्स का अनुपात), और जिटर द्वारा विशेषता है।
बीईआर और जिटर पूरे एमजीटी कनेक्शन के कार्य हैं, जिसमें एमजीटी स्वयं, उनकी सीरियल लाइनें, उनकी संदर्भ घड़ियां, उनकी बिजली आपूर्ति और उनके समानांतर डेटा बनाने और उपभोग करने वाले डिजिटल सिस्टम शामिल हैं। नतीजतन, MGTs को अक्सर इस बात से मापा जाता है कि वे कितने कम कंपन (जिटर ट्रांसफर / जिटर जनरेशन) को प्रसारित करते हैं, और अपने BER के बहुत अधिक होने (जिटर टॉलरेंस) से पहले वे कितना घबरा सकते हैं। ये माप आमतौर पर [[ बिट त्रुटि दर परीक्षण ]] का उपयोग करके लिए जाते हैं, और एक आँख आरेख का उपयोग करके विश्लेषण किया जाता है।
अन्य विचार
एमजीटी के लिए कुछ अन्य मेट्रिक्स में शामिल हैं:
- सीडीआर लॉक के नुकसान से पहले अधिकतम रन लेंथ
- बिजली की खपत
- लचीलापन (उदाहरण के लिए एकाधिक लाइन दरें, एकाधिक एन्कोडिंग)
- डिफरेंशियल स्विंग (अधिकतम डिफरेंशियल सिग्नल MGT ड्राइव कर सकता है)
- रिसीवर संवेदनशीलता (न्यूनतम अंतर संकेत MGT पता लगा सकता है)
- सामान्य मोड अस्वीकृति अनुपात
== एमजीटी == का उपयोग करने वाले प्रोटोकॉल निम्नलिखित सीरियल प्रोटोकॉल के कार्यान्वयन में एमजीटी का उपयोग किया जाता है:
- 2.5GBASE-T और 5GBASE-T
- 10 गीगाबिट ईथरनेट
- अरोरा (प्रोटोकॉल)
- CEI-6G
- कॉमन पब्लिक रेडियो इंटरफेस
- फाइबर चैनल
- जीपीओएन
- एचडी-एसडीआई
- कोएक्सप्रेस
- इन्फिनिबैंड
- इंटरलेकन (नेटवर्किंग)
- ओबीएसएआई
- पीसीआई एक्सप्रेस
- सीरियल संलग्न एससीएसआई | एसएएस (सीरियल अटैच एससीएसआई)
- सीरियल एटीए
- सीरियललाइट
- रैपिडियो
- SFI-5
- सोनेट|सोनेट/एसडीएच
- एक्सएयूआई
संदर्भ
- High Speed Digital Design, Johnson & Graham
- Signal Integrity Simplified, Bogatin
- Handbook of Digital Techniques for High Speed Design, Granberg
- Jitter
- FPGA blog : using multi-gigabit transceivers to test and debug FPGA