Stratix II GX デバイスでのソース・シンクロナス信号標準 I/O 規格

Stratix® II GX デバイスは、データ転送レート 1Gbps のソース・シンクロナス信号をサポートする最大 78 本のレシーバ・チャネルと 78 本のトランスミッタ・チャネルを提供します。Stratix II GX デバイスは、SPI 4.2、HyperTransport™ テクノロジ、RapidIO™ 規格、Network Processing Forum (NPF) Streaming Interface (NPSI)、SFI-4、および 10-gigabit 16-bit interface (XSBI) Ethernet などの高速 I/O プロトコルの要件をサポートします。Stratix II GX デバイスを使用して、これらの I/O プロトコルを使用するデバイス間に高性能ブリッジ機能を構築することができます。

ソース・シンクロ ナス・クロッキング方式での高速インタフェースは、1 Gbps の転送レートにおいて、クロック-チャネル間およびチャネル間スキューに対するマージンは大幅に減少します。トレース長にミスマッチがあるとデータ転送エ ラーが生じるので、設計者は許容されるスキューを維持するために、精密なプリント回路基板(PCB)デザイン手法を使用する必要があります。ジッタ、温 度、電圧変動など、その他の影響で状況が悪化しているため、単純なスタティック位相アライメント手法では対応しきれません。アルテラは、エンジニアが高速 データ転送システムをデザインするときに直面する諸問題を認識し、Stratix II GX デバイスに DPA (Dynamic Phase Alignment) 回路を組み込み、PCB デザインを大幅に簡素化するとともに、スキュー誘発の影響によって生じる信号アライメントの問題を解決しました。

Stratix II GX DPA

DPA 回路は、図 1 に示すとおり、サンプリング・クロックを着信データに揃えることによって、クロック-チャネル間スキューを排除します。

図 1. 1 Gbps をサポートする Stratix II GX ソース・シンクロナス・チャネル

注:

  1. PLL = フェーズ・ロック・ループ
  2. SERDES = シリアライザ/デシリアライザ

DPA 回路は、PLL が生成する 8 つの位相シフト・クロックの中から着信データの中央に最も近いクロック位相を1 つ選択してして着信データをサンプリングすることでデータを揃えます。このアライメントは連続的に行われ、クロックとデータ信号間のリアルタイムなタイミ ング変動の動的変化を補償できます。

DPA 回路は、3x - 10x モードを含む複数の SERDES 係数をサポートしています。各チャネルは、チャネルごとに個別にデータ・アライメントを提供する独自の DPA 回路を備えているため、DPA は図 2 に示すように、クロック-チャネル間スキューだけでなく、チャネル間スキューも排除することができます。

図 2. DPA 回路によるスキューの補正

Table 1 summarizes the DPA timing specifications in Stratix II GX devices.

表1. Stratix II GX デバイスのDPA仕様

パラメータ

データ・レート

  • 311 Mbps ~ 1 Gbps

クロック周波数範囲

  • 77.75 MHz ~ 644.53 MHz

サポートされる高速プロトコル

  • SPI-4.2

  • RapidIO

  • NPSI

  • SFI-4

  • HyperTransport

  • 10 Gigabit Ethernet XSBI

信号レベル

  • LVDS

  • HyperTransport

差動標準 I/O 規格

Stratix II GX デバイスのソース・シンクロナス回路は、LVDS および HyperTransport 差動標準 I/O 規格をサポートしています。設計者はしばしば、これらの規格を高性能アプリケーションに使用して、ノイズ・マージンの向上、電磁妨害(EMI)の抑制、低 消費電力の実現を図ります。さらに、これらの規格は、HyperTransport インタフェース、RapidIO、NPSI、SPI 4.2、SFI-4、10 Gigabit Ethernet XSBI、および UTOPIA Level 4 などの高速インタフェース規格に必要な高データ・スループットをサポートします。表 2 に Stratix II GX デバイスでサポートされる差動標準 I/O 規格、最大性能レート、およびアプリケーションを示します。

表 2. Stratix II GX の差動標準 I/O 規格のサポート

標準 I/O 規格

性能 (Gbps)

代表的な用途

LVDS

1

バックプレーン

HyperTransport

1

ホスト・プロセッサ