System-Design Wie Signalkonditionierer den Umstieg von PCIe 2 auf PCIe 3 erleichtern

Redakteur: Margit Kuther

PCI Express 3 ermöglicht höhere Datenraten als der Vorgänger, ist aber empfindlicher. Für das System-Design steigen damit die Herausforderungen. Der Distributor CODICO zeigt Wege, wie sich der Umstieg vereinfachen lässt.

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(Bild: codico)
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Einer der Vorteile von PCI Gen 3 ist die höhere Datenrate von 8,0 Gbit/s statt 5,0 Gbit/s bei PCIe Gen 2. Die Herausforderung liegt in den zusätzlichen Nachbarsymbolstörungen, erzeugt durch Dispersion des Signals und als Ergebnis der erhöhten Einfügungsdämpfung.

Hinzu kommt, dass die schnelleren Signalverläufe die Isolation zwischen den Kanälen reduziert und somit das Übersprechen ansteigt. Die Amplif-EYE-Technologie von MINDSPEED schafft hier Abhilfe und bietet für beide PCIe-Varianten robuste Lösungen für den Signalweg an und das in drei verschiedenen Produkttypen. Denn die hochbitratigen, passiven Switches von MINDSPEED ermöglichen ein Verschalten von Signalwegen bei 8,0 Gbit/s unter Beibehaltung der hohen Signalgüte.

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Die Gruppe der Signal-Konditionierer mit Ausgangsverstärker ist sowohl an den Ein- als auch an den Ausgängen mit Entzerrern bestückt. Diese minimieren den deterministischen Jitter, der durch die Einfügungsdämpfung hervorgerufen wird.

Signal-Konditionierer mit Retiming-Funktionen enthalten neben den Ein- und Ausgangs-Entzerrern noch Taktrückgewinnungsschaltungen: Diese werden benötigt, um Jitter zu reduzieren, den Fehlanpassungen der Impedanz, Übersprechen oder sogenannte Stubs erzeugt haben. Die Bauteile von MINDSPEED enthalten PCIe-spezifische Funktionen wie "Electrical Idle Transparency (EI)" und "Rx Detectable Receiver Termination". Alle Bauteile sind mit niedrigeren PCIe-Datenraten rückwärtskompatibel und in kleinen Gehäusen verfügbar.

Passive Switches schalten PCI Express Lanes

Die passiven Umschalter von MINDSPEED eignen sich besonders zur Verschaltung von Signalpfaden bei hohen Datenraten und das mit geringer Verlustleistung und bei geringem Platzbedarf auf der Leiterplatte. Der M20000 und der M20001 bietet dabei Datenraten bis zu 7 Gbit/s bei einem Leistungsbedarf von weniger als 2 mW und einem Platzbedarf von 3 mm x 3 mm.

Signal-Konditionierer mit Ausgangsverstärker erhalten Signalintegrität über lange Pfade

Die Einfügungsdämpfung nimmt mit höheren Frequenzen und längeren Signalpfaden zu. In Blade-Server-Anwendungen und RAID-Speichersystemen sind Pfadlängen von 38cm (15 Zoll) und mehr keine Seltenheit. Die Signal-Konditionierer von MINDSPEED mit Ausgangsverstärker ermöglichen die Entzerrung des Eingangs- wie auch des Ausgangssignals bis zu 4,0 GHz (für 8,0 Gbit/s Signale) und realisieren damit einen flachen Signal- bzw. Dämpfungsverlauf über die Frequenz auch bei hohen Datenraten.

MINDSPEED ist, so der Distributor CODICO, Marktführer bei selbst-optimierenden, adaptiven Entzerrern. Ohne Programmierung oder Eingriffe von außen nehmen diese die am besten geeigneten Parametereinstellungen selbst vor.

Signal Konditionierer mit Retiming-Funktion erhalten die Signalintegrität auch über schwierigste Pfade

Systeme mit höheren Kanalzahlen, mehreren Steckverbindern und / oder Durchkontaktierungen auf dem Signalpfad sowie unterschiedliche Leiterplattenmaterialien bilden weitere Herausforderungen für die Signalintegrität zusätzlich zur Einfügungsdämpfung. Solche Systeme zeigen in der Regel einen erhöhten Jitter aufgrund des Übersprechens und von Reflektionen.

Dieser Jitter ist meist nicht deterministisch und kann deshalb nicht einfach mittels der Equalizer-Funktion eliminiert werden. Die Signal-Konditionierer mit Retiming-Funktionen von MINDSPEED enthalten Takt- und Daten-Rückgewinnungsschaltungen (CDR), welche dem nicht deterministischen Jitter entgegen wirken. Die CDR ist so in der Lage, das Zeitverhalten des Datensignals effektiv wiederherzustellen und das Jitter-Budget wieder zurückzusetzen.

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