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XFI 和SFI接口系統設計

作者: 時(shí)間:2016-12-12 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
XFI(Ziffy音)和SFI是兩個(gè)常見(jiàn)的10Gbps高速串行接口,都是連接ASIC芯片和光模塊的電氣接口。在傳統光通信,數據交換機和服務(wù)器等上都可以找到些接口。兩者之間有什么相似的地方?區別在哪里?我設計的系統接口是否滿(mǎn)足標準要求?本博客將一一嘗試介紹。

XFI和SFI的來(lái)源

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201612/328982.htm

XFI來(lái)源于XFP光模塊標準的一部分,指的是連接ASIC芯片和XFP光模塊的電氣接口。XFP光模塊標準定義于2002年左右,其內部的收和發(fā)方向都帶有CDR電路。因此XFP模塊尺寸比較大,功耗也比較大,這個(gè)對于需要多端口高密度的系統,比如數通交換機會(huì )是一個(gè)問(wèn)題。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題,2006年左右,SFP+光模塊標準出來(lái)了,其內部沒(méi)有CDR電路,相對于XFP模塊,SFP+模塊尺寸和功耗都變小了。對應SFP+的電氣接口叫做SFI。

XFI接口先于SFI接口出現。電氣特性上,由于SFP+模塊內部沒(méi)有CDR,可以預見(jiàn)SFI的電氣特性要求會(huì )比XFI來(lái)的更嚴格一些,這個(gè)可以從接下來(lái)的介紹的眼圖抖動(dòng)指標要求中可以清楚的看出來(lái)。

標準以及參考點(diǎn)

XFI接口的電氣特性定義在INF-8077文檔,SFI接口的電氣特性定義在SFF8431文檔。

對于電氣特性要求,這兩個(gè)標準都定義了A,B,C和D四個(gè)參考點(diǎn)。

A代表系統板上ASIC芯片高速信號輸出,封裝管腳的位置

B代表系統板電信號輸出的位置,即來(lái)自A點(diǎn)的信號經(jīng)過(guò)PCB走線(xiàn)以后到達光模塊的電輸入的位置

C代表系統板上接收來(lái)自光模塊的電信號,信號輸入的位置

D代表系統板上ASIC芯片的高速信號輸入,封裝管腳的位置。即C點(diǎn)的信號經(jīng)過(guò)PCB走線(xiàn)以后到達ASIC的電輸入位置

圖1:參考點(diǎn)位置

以XFI的INF-8077i文檔所定義為例,上圖可以看到A、B、C和D參考點(diǎn)的位置。

眼圖和抖動(dòng)指標

在上述兩個(gè)標準文件里,對于每個(gè)參考點(diǎn)的輸入信號幅度,抖動(dòng),和回損等等都有全部或者部分的定義。其中比較重要的指標是眼圖模板和抖動(dòng)要求,如下表格所示:

ASIC 發(fā)送端

光模塊電接收

參考點(diǎn)

XFI(A)

SFI(A)

參考點(diǎn)

XFI(B)

SFI(B)

INF-8077i

SFF8431

INF-8077i

SFF8431

X1(UI)

0.15

-

X1

0.305UI

0.12UI

X2(UI)

0.4

-

X2

0.5UI

0.33UI

Y1(mV)

180

-

Y1

60mV

95mV

Y2(mV)

385

-

Y2

410mV

350mV

Jitter

0.3UI

-

Jitter

0.61UI

0.28UI

光模塊電發(fā)送

ASIC 接收端

參考點(diǎn)

XFI(C)

SFI(C)

參考點(diǎn)

XFI(D)

SFI(D)

INF-8077

SFF8431

INF-8077

SFF8431

X1

0.17UI

0.35UI

X1

0.325UI

-

X2

0.42UI

0.5UI

X2

0.5UI

-

Y1

170mV

150Mv

Y1

55mV

-

Y2

425mV

425mV

Y2

525mV

-

Jitter

0.34UI

0.7UI

Jitter

0.65UI

-

其中X1和X2,Y1和Y2是如下歸一化眼圖模板中,標注眼寬和樣高的參數

圖2:歸一化眼圖模板

A點(diǎn)和D點(diǎn)是系統板上的信號,這些是板內信號,做系統設計的時(shí)候,更需要關(guān)心的是B點(diǎn)和C點(diǎn)的信號,因為這兩個(gè)地方是跟外部接口的位置。

從上表可以看出,對于B點(diǎn)的要求,XFI的抖動(dòng)要求是小于0.61UI,SFI要求小于0.28UI。XFI的電壓要求大于120mV,SFI要求大于190mV。XFI比SFI的要求來(lái)的要寬松一些,這是因為XFP光模塊內部集成了CDR。

對于C點(diǎn)的要求,XFI的抖動(dòng)要求是小于0.34UI,SFI要求小于0.7UI。XFI的電壓要求大于340mV,SFI要求大于300mV。這里由于SFP+模塊內部沒(méi)有集成CDR,來(lái)自SFP+的電信號要比XFP模塊來(lái)的差。

系統設計的問(wèn)題和解決方案

通過(guò)以上的介紹,我們知道系統設計時(shí),需要關(guān)注B點(diǎn)和C點(diǎn)的信號。實(shí)際上這樣帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)是,如何保證我的系統B點(diǎn)是滿(mǎn)足標準要求的。第二個(gè)是,如何保證我的系統板上ASIC可以容忍來(lái)自C點(diǎn)最差的信號。這個(gè)就涉及到到光模塊和ASIC之間的鏈路了,我們還是先從標準開(kāi)始。

XFI定義的最大鏈路衰減是9.6dB(見(jiàn)page19,INF-8077i, Revision 4.5)。SFI定義的推薦的最大鏈路衰減是9dB(見(jiàn)page66,SFF8431Revision 4.1),但是這項定義不是強制性的,也就是說(shuō)ASIC供應商提供的產(chǎn)品性能有可能低于這個(gè)數值。

通常ASIC的供應商會(huì )提供設計建議,比如要求SFI鏈路長(cháng)度小于5inches,或者提供通道的SDD21的模板。但是在我們實(shí)際系統設計中,由于的應用不同,會(huì )碰到各種情況,比如:

1)面板要出的光模塊端口很多,兩端的光模塊離ASIC距離比較遠。從而超過(guò)ASIC所定義的通道長(cháng)度要求。

2)光模塊放在一塊子卡上,通過(guò)板間連接器或者背板連接器連接另外一塊板子,除了通道變長(cháng)以外,連接器的阻抗不連續都會(huì )帶問(wèn)題。

3)ASIC本身的發(fā)送端抖動(dòng)輸出性能不夠好,或者接收的抖動(dòng)容忍性能不夠好,導致ASIC能夠支持的通道距離很短。

如何應對這個(gè)問(wèn)題?

1)對于SFI接口,TI官網(wǎng)上有一個(gè)應用筆記本Selecting TI SigCon Devicesfor SFF-8431 SFP+

Applications,詳細介紹了TI對SFP+接口的解決方案。對于光接口可以采用TI的Retimer芯片,如DS110DF111、DS100DF410等等。對于有源電纜應用,可以考慮使用Repeater如DS100BR111。

2)對于XFI接口,除了可以使用Retimer以外,由于XFP光模塊內部集成了CDR,所以也可以考慮Repeater方案。

TI公司的產(chǎn)品DS110DF111、DS100DF410等芯片采用了體積小并且利于散熱的QFN封裝。您可以在www.ti.com/sigcon查詢(xún)更多應用于Server、Storage以及Telecom等領(lǐng)域的高速數據傳輸的Repeater和Retimer產(chǎn)品。



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