Digitale interface protocols Jan Genoe KHLim

Digitale Interface protocols

Jan Genoe

KHLim

Digitale interface protocols Jan Genoe KHLim

Versie: vrijdag 16 november 2001

1


Jan Genoe

KHLim

Interface Standaarden

IEEE Standaarden 488 GPIB 802.3 Ethernet 1194.1 BTL 1394 ...

ANSI Standaarden Andere Standaarden TIA/EIATIA/EIA-232 TIA/EIATIA/EIA-422 TIA/EIATIA/EIA-485 TIA/EIATIA/EIA-644 ...

Digitale interface protocols


SCSI USB GTL GTLP ...

Jan Genoe

2


Jan Genoe

KHLim

Keuzecriteria • Keuzecriteria – Hoe snel? – Hoe ver?

• Dit wordt begrensd door: – – – –

Ohmse verliezen Filterwerking van de bekabeling Invloed van ruis afkomstig uit de omgeving Vermogenverbruik



Jan Genoe

3


Jan Genoe

KHLim

Gebruiksgebied


Jan Genoe

Normale CMOS logica wordt gebruikt voor afstanden korter dan 1 meter en matige snelheden. Wanneer we in de richting gaan van 100 Mbps wordt er op korte afstand overgegaan tot de protocols BTL/GTL/GTLP. Voor laagfrequent signalen en korte afstanden volstaat RS232. Wanneer de afstand toeneemt kan dit uitgebreid worden naar RS-423. TIA/EIA-422 en TIA/EIA-485 laten signalen tot 50 Mbps en gaan verder dan 1 km aan een verlaagde snelheid. LVDS neemt boven 50 Mbps maar het bereik is niet zo ver. Wanneer multi-Gbps transfers nodig zijn, neemt ECL/PECL/CML over.


4


Jan Genoe

KHLim

Single ended transmissie • • • • • •

Korte lijnlengte Lage frequenties Hoog vermogenverlies grote EMI Lage kost 232, BTL, GTL, GTLP


Jan Genoe

Omwille van de grotere gevoeligheid voor storingen moeten er grotere spanningen gebruikt worden. Dit geeft dan weer aanleiding tot groot vermogenverlies en grote uitstraling.


5


Jan Genoe

KHLim

Standaard CMOS,TTL en LVTTL • Een grote spanningszwaai is aanwezig • Groot vermogenverbruik



Jan Genoe

6


Jan Genoe

KHLim

GTL protocol Output pull down driver • V0H=1.2V • V0L=0.4V


Ontvanger • Vref = 0.8 V • VIH= Vref + 50 mV • VIL= Vref - 50 mV

Jan Genoe

GTL werd geintroduceerd in 1993 voor snelle bussen op printen.


7


Jan Genoe

KHLim

GTL+ protocol Output pull down driver • V0H = 1.5 V • V0L = 0.55 V

Ontvanger • Vref = 1 V • VIH= Vref + 50 mV • VIL= Vref - 50 mV

Een kleine aanpassing om het systeem minder gevoelig te maken aan grondspanningsvariaties en groudgroud-bounce GTL systeem kan gewoonlijk werken onder GTL+ condities (door spanningsreferenties aan te passen) Digitale interface protocols


Jan Genoe

8


Jan Genoe

KHLim

Overzicht spanningsniveaus GTL(+)



Jan Genoe

9


Jan Genoe

KHLim

Instelling van Vref • Vanuit de I/O voedingsspanning aan de hand van een deler. • R=1kΩ Ω, C= 0.1 µF • Alle ICs op de print gebruiken dezelfde Vref



Jan Genoe

10


Jan Genoe

KHLim

GTLP • Uitbreiding van GTL vooral voor backplanes


Jan Genoe

GTLP werd geintroduceerd in 1997.


11


Jan Genoe

KHLim

GTLP protocol • Output edge control (OEC) geintroduceerd • Zo wordt verlaagd door de capaciteit van de load


Jan Genoe

GTLP werd geintroduceerd in 1997.


12


Jan Genoe

KHLim

Situering GTLP



Jan Genoe

13


Jan Genoe

KHLim

Xilinx VIRTEX I/O blok



Jan Genoe

14


Jan Genoe

KHLim

Instelling Xilinx VIRTEX I/O blok



Jan Genoe

15


Jan Genoe

KHLim

Differentiele transmissie • • • • • •

Lange lengte van de lijnen Common mode verwerping Hoge signaalsnelheid Lage EMI Hogere kost 422, 485, 644, 1394, USB


Jan Genoe

Ruis die gemeensschappelijk geinjecteerd wordt in beide draden vormt helemaal geen probleem. Ook het verschil en verschuiven van de grond (ground shift) tussen zender en ontvanger vormt geen probleem. Hierdoor wordt een betere kwaliteit van de transmissie bekomen en daardoor kunnen er lagere spanningen gebruikt worden. Deze lagere spanningen verminderen dan weer de uitgestraalde energie en het verloren vermogen. Storingen op de voedingsspanning hebben bovendien geen invloed op het bekomen resultaat.


16


Jan Genoe

KHLim

Spanningsniveaus in differentiele transmissie



Jan Genoe

17


Jan Genoe

KHLim

HVDS (TIA/EIA-485) High-voltage differential High High-voltage differentialsignaling signaling • • • • •

Driver Output: Driver Belasting: Vermogen naar de belasting: Ontvanger Input Range: Theoretisch maximum snelheid:


1.5 V 60 Ω 37.5 mW ± 7 V ground shift 35 Mbps

Jan Genoe

HVDS laat redelijke snelheden en grote afstanden toe. De grote toegelaten ground shift maakt het ook mogelijk te werken in omgevingen met sterke ruis. high-voltage differential signaling


18


Jan Genoe

KHLim

LVDS (TIA/EIA-644) Low-voltage differential Low Low-voltage differentialsignaling signaling • • • • •

Driver Output: Driver Belasting : Vermogen naar de belasting : Ontvanger Input Range: Theoretisch maximum snelheid:

0.35 V 100 Ω 1.2 mW ± 1 V ground shift 1.923 Gbps


Jan Genoe

LVDS laat hoge snelheden en redelijke afstanden toe. De kleinere toegelaten ground shift vermindert de maximaal toegelaten ruis.


19


Jan Genoe

KHLim

LVDS (TIA/EIA-644) • Electrical-layer standaard, voor point-to-point communicatie. • Communicatie protocol is niet gedefinieerd. • Connectors, pin assignments zijn niet gespecificeerd. • LVDS kan gebruikt worden voor data transmissie over gebalanceerde interconnects – – – –

twisted-pair kabel twinax kabel flat ribbon kabel PCB baantjes



Jan Genoe

20


Jan Genoe

KHLim

Spanning specificaties • Driver Output signal: • Common mode: • Receiver input:



247-350-454 mV 1.125-1.25-1.375 V +/- 100 mV

Jan Genoe

21


Jan Genoe

KHLim

Nodige stroom voor LVDS drivers • 350 mV over 100 Ω: 3.5 mA • Sommige fabricanten: Current mode drivers • Andere fabricanten : Voltage mode drivers



Jan Genoe

22


Jan Genoe

KHLim

Eenvoudig model van een LVDS driver • Een stroom van 3.5 mA wordt in de baan gestuurd Ω • De Zo van de baantjes is 50Ω



Jan Genoe

23


Jan Genoe

KHLim

LVDS in VITREX-E • LVDS tot 622 Mbps • Vcco=2.5 V • I=3.5 mA



Jan Genoe

24


Jan Genoe

KHLim

622 Mbps LVDS in de VIRTEX-E • Er wordt een interne klok van 311 MHz gebruikt



Jan Genoe

25


Jan Genoe

KHLim

LVDS Implementatie in Altera APEX 20KE • LVDS tot 820 Mbps • True differential drivers • Dedicated ground pins



Jan Genoe

26


Jan Genoe

KHLim

LVDS cablage 1: flex circuit • Geschikt voor verbindingen op korte afstand • Is echter moeilijk af te schermen



Jan Genoe

27


Jan Genoe

KHLim

LVDS cablage 2: twinax • Coax is niet gebalanceerd • Twinax schermt alles af.



Jan Genoe

28


Jan Genoe

KHLim

LVDS cablage 3: Ribbon kabel • Goedkoop en gemakkelijk af te schermen • Grondbanen tussen paren • Geen signalen aan de rand



Jan Genoe

29


Jan Genoe

KHLim

LVDS cablage 4: Twisted pair • • • •

Beste methode voor LVDS Cat 3 kabel tot 10 meter Cat 5 kabel voor langere verbindingen Paren die dezelfde vertraging moeten hebben worden op dezelfde afstand van het centrum gelegd.



Jan Genoe

30


Jan Genoe

KHLim

Differentiële karakteristieke impedantie • Ook een differentiële lijn dient getermineerd te worden op de karakteristieke impedantie van de lijn.



Jan Genoe

31


Jan Genoe

KHLim

Differentiële karakteristieke impedantie • Hoegroot is deze differentiële karakteristieke impedantie?



Jan Genoe

32


Jan Genoe

KHLim

Differentiële karakteristieke impedantie • De differentiële karakteristieke impedantie is lager dan het dubbele van de karakteristieke impedantie van het baantje • De afstand S en de hoogte h bepalen het verschil



Jan Genoe

33

Digitale interface protocols Jan Genoe KHLim

Recommend Documents