Компоненты для телекоммуникационных преложений фирмы EXAR

Компания Exar расположена во Фремонте (Fremont), Калифорния, США. Она занимается разработкой, производством и продажей высококачественных аналоговых и аналого-цифровых кремниевых устройств для мировой телекоммуникационной инфраструктуры. Потребителями продукции Exar являются такие известные фирмы, как Alcatel, Cisco, Hewlett-Packard, Lucent, Nokia и Tellabs.

Современные системы телекоммуникаций работают с оцифрованными голосовыми сигналами, осуществляя мультиплексирование последовательных потоков данных и их передачу к месту назначения. Для доступа к высокоскоростным сетям информационные потоки преобразуются в стандартные форматы, характерные для конкретной сети. Базовым блоком для построения иерархии сети цифровой связи в Европе и Северной Америке выступает интерфейс DS-0 (Digital Signal Level 0). Он позволяет организовать один канал передачи информации на скорости 64 КБит/с. На его основе строятся системы более высокого уровня, обеспечивающие многоканальную передачу оцифрованных звуковых данных. Например, европейский формат E1 (отечественный вариант называется ИКМ-30) позволяет осуществить передачу до 30 голосовых каналов. Каждый канал занимает полосу 64 Кбит/с, помимо этого имеется канал синхронизации и отдельный канал передачи управляющих сигналов. В совокупности интерфейс Е1 включает 32 канала с общей скоростью 2 Мбит/с. При передаче голоса по Е1 могут использоваться различные типы сигнализации: CAS1 или ISDN PRI2. Существует оборудование, позволяющее с использованием Е1 организовать передачу данных. В этом случае несколько каналов по 64 Кбит/с объединяются в один виртуальный порт с пропускной способностью n*64 Кбит/с.

В таблице 1 приведены основные параметры некоторых телекоммуникационных форматов передачи голосовых сигналов.

Таблица 1. Форматы передачи оцифрованных звуковых сигналов

Формат	Зона распространения	Скорость передачи МГц	Эквивалентное число телефонных каналов
DS1 (T1)	Северная Америка	1,544	24
J1	Япония	1,544	24
E1	Европа	2,048	30
ИКМ-30	Россия	2,048	30
E3	Европа	34,368	512
DS3 (T3)	Северная Америка	44,736	672

Все более широкое развертывание первичных цифровых многоканальных линий типа Т/Е и высокоскоростных оптических сетей способствует увеличению полосы пропускания. Для приложений, основанных на использовании форматов T1, J1, E1, DS3 и E3, компания Exar предлагает решения мирового класса для реализации физического уровня доступа к концентраторам, ATM3 и Frame Relay4 коммутаторам, оптоволоконным коммутаторам, цифровым кросс-коннекторам, MSPP5 и маршрутизаторам (рис.1). Высокоскоростные оптические сети могут пропускать одновременно множество потоков T1/J1/E1, поэтому использование многоканальных микросхем LIU6 и фрэймеров является ключом к разработке высокоинтегрированных интерфейсных карт, имеющих малую стоимость и потребляемую мощность.

Рисунок 1.

Exar предлагает широкую гамму интегральных схем для реализации протоколов T1/E1, DS3/E3 и SONET7 на физическом уровне. Линия микросхем для T1/E1/J1 включает AFE8, LIU и фрэймеры. Портфолио Exar для форматов DS3/E3 состоит из LIU, JA9, фрэймеров, UNI10 и М13 мультиплексоров.

Преимущества микросхем LIU/AFE фирмы Exar

Продукция Exar дает много преимуществ системным проектировщикам T1/E1/J1 благодаря ряду инноваций в устройствах LIU и AFE. В их основе те, которые обеспечивают гибкость проектирования, повышают надежность готовой системы и снижают её стоимость.

гибкость в многоканальных решениях

Exar дает возможность разработчикам выбирать один из двух возможных режимов работы со схемой управления своих устройств: Хост-режим (программный) и аппаратный режим управления. Хост-режим поддерживает различные процессоры Intel, Motorola и др., позволяя через имеющийся порт программировать микросхему и считывать коды ошибок. Этот режим позволяет значительно сократить количество печатных дорожек на плате для многоканальных приложений.

встроенные оконечные резисторы

Рисунок 2.

Устройства Exar содержат встроенные оконечные резисторы для передающего и приемного трактов (рис.2), что позволяет осуществлять быстрое программное переконфигурирование в T1/E1/J1 приложениях. Величина встроенных резисторов может программно выбираться из ряда 100 Ом, 110 Ом, 120 Ом для витой пары или 75 Ом для коаксиала. Столь важная особенность поразительно уменьшает время выхода готового изделия на рынок и его стоимость.

программируемый импульс

Семейство LIU XRT83L3x имеет возможность программировать величину импульса в каждом выходном канале (Tx), что позволяет разработчику компенсировать паразитный емкостный эффект компонентов защиты от перенапряжений.

интегрированный тактовый генератор для T1/E1

Для еще большего упрощения устройств в системах T1/E1, Exar предлагает семейства приборов XRT83L30, XRT83L34 и XRT83L38 со встроенным тактовым генератором. Он выдает 1.544 МГц или 2.048 МГц от одной из следующих опорных частот: 2.048МГц, 1.544МГц, 8кГц, 16кГц, 56кГц, 64кГц, 128кГц, 256кГц. Эта возможность устраняет необходимость в генерации дополнительных тактовых сигналов на плате. Помимо этого, выход встроенного генератора может использоваться для тактирования других частей системы, например фрэймеров.

Для ранних разработок, использующих LIU без встроенного генератора, EXAR производит семейство тактовых адаптеров XRT8000/1, обеспечивающих гибкие и высокоинтегрированные системы тактирования. Они также могут быть использованы в качестве автономных устройств тактирования различных устройств в системе от основного тактового генератора.

встроенная избыточность для обеспечения системной надежности

Рисунок 3.

Наличие монитора выходного драйвера позволяет одному каналу отслеживать работу другого, и при необходимости активизировать автоматическое дублирование, что позволяет использовать второй канал в случае проблем с первым. Возможность перевода выходов резервных каналов в «третье» состояние предотвращает их влияние на первичный канал в случае его нормальной работы. Следует отметить, что это состояние сохраняется даже при отключении питания.

избыточность без ретрансляторов

Переключаемые оконечные резисторы на принимающих входах обеспечивают постоянное сопротивление на стороне линии, что позволяет использовать простое соединение типа «Y» для обеих первичной и вторичной линейных плат и исключить потребность в больших и дорогостоящих ретрансляторах. Это также делает не нужным использование двойных терминаторов при использовании первичного и резервного модулей. В дополнение к этому, LIU фирмы Exar имеют вывод «потеря сигнала» (LOS – Loss of Signal), извещающий фрэймер о возникшей проблеме, так что переключения могут выполняться быстро и эффективно.

обширные диагностические возможности

Полный комплект «обратных петель», встроенный в LIU Exar, позволяет пользователю системы быстро локализовать неисправность, а система сообщений об ошибках – определить её природу. Имеющийся QRSS11 образцовый генератор и приемник тестируют линию без использования фрэймера. Когда LIU объявляет состояние «потеря сигнала» (LOS), прием заглушается. Это вынуждает соответствующий фрэймер продекларировать потерю сигнала и сгенерировать прерывание работы микропроцессора для проведения надлежащей диагностики.

Аналоговые оконечные устройства (AFE) для объемных насыщенных систем

При необходимости использовать большое количество интегральных схем становится актуальным вопрос общей стоимости системы. В этом случае разработчик может предпочесть использовать собственную микросхему ASIC12, реализующую максимально возможное количество цифровых операций. На сегодняшний день имеется тенденция изготовления аналоговых схем по 0,35? КМОП-технологии. Т.к. драйвер трансформатора линии должен коммутировать сравнительно высокие напряжения для логических схем, ASIC-схемы не подходят для реализации аналоговых функций. Здесь Exar предлагает широкую гамму одно-, четырех-, семи- и восьмиканальных микросхем AFE для различных приложений T1/E1. В зависимости от системных требований, AFE содержит модули, выполняющие критичные аналоговые функции (драйвер линии, приемный эквалайзер, схема восстановления данных), в то время как ASIC объединяет цифровые функции обработки сигнала (восстановление синхронизации после сбоя и подавление переходных колебаний), присущие LIU.

Высококачественные фрэймеры Exar

Микросхемы кадрирования Exar обладают целым рядом отличительных особенностей. В системах высокоскоростной обработки и управления в многоканальных приложениях используется 40 МГц-ый микропроцессорный интерфейс Exar. Поддерживается синхронный и асинхронный режим, стандартные интерфейсы Intel и Motorol`ы, а также MIPS и PowerPC. Интерфейс прямого доступа к памяти (DMA) буфера LAP13 обеспечивает ультрабыстрое управление каналом передачи данных. Фрэймеры Exar выполняют быструю кадровую синхронизацию на основе параллельного поискового алгоритма, что позволяет быстро стартовать системе или восстанавливать синхронизацию в случае мгновенного кратковременного пропадания сигнала.

Exar имеет инновационные возможности в фрэймерах, такие как входы «потеря сигнала» от LIU, сообщающие фрэймеру, что поступающие данные не корректны. Это позволяет экономить ценное время обработки сигнала фрэймера.

Дополнительно фрэймеры Exar имеют регистры производительности (PMON), в которых накапливается статистика по ошибкам для облегчения управления сетью. Генератор и детектор PRBS14 совместно с множеством «обратных петель» помогают локализовать и определить тип возникшей ошибки.

Фрэймеры Exar поддерживают несколько высокоскоростных стандартов шины внутреннего обмена данными: MVIP (8.192МГц), HMVIP (12.352МГц) и H.100 (16.384МГц) и обладают всеми возможностями, ожидаемыми разработчиками:

• поддержка J1;
• фрагментированный T1/E1;
• низкая потребляемая мощность;
• программируемые прерывания;
• прямое соединение с многоканальными LIU Exar.

В качестве примера продукции Exar можно рассмотреть возможности одноканальной микросхемы интерфейса линии (LIU) XRT82D20. Этот трансивер предназначен для использования в приложениях формата Е1 для линий 75 Ом или 120 Ом. Он содержит адаптивный приемник для точного восстановления данных и синхронизации и передатчик с входным кодером HDB315 и низкоимпедансным драйвером линии. Устройство также включает подавитель джиттера без кристаллического резонатора, который может использоваться как в передающем, так и в приемном тракте. Для подключения XRT82D20 необходимы трансформаторы на приемной и передающей сторонах, при этом поддерживаются сбалансированный и несбалансированный интерфейсы (рис.4).

Рисунок 4.

Основные возможности:

• по-выводная совместимость с XRT7288;
• формируемые выходные импульсы совместимы с образцовой формой сигнала ITU-T G.703 для скорости 2.048Mбит/с (E1);
• интегрированный на кристалле формирователь импульса для драйверов линии на 75 Ом или 120 Ом;
• величина потерь на отражение соответствует ETS300166;
• совместимость с требованиями ITU-T G.823 к допустимой величине джиттера;
• система восстановления синхронизации;
• поддержка работы с удаленной, локальной и цифровой обратными петлями;
• установка и сброс сигнала LOS (потеря сигнала) согласно ITU-T G.775;
• логические входы работают уровнями 3.3В или 5В;
• индустриальный температурный диапазон от -40°С до 85°С;
• сверхнизкая рассеиваемая мощность;
• работа при напряжении питания 3.3В или 5В.

Области применения:

• PDH (плезиохронная цифровая иерархия) мультиплексоры;
• SDH (синхронная цифровая иерархия,) мультиплексоры;
• цифровые системы перекрестной связи;
• базовые станции стандарта DECT (европейский стандарт на цифровую беспроводную связь);
• оборудование CSU/DSU16;
• тестовое оборудование.

На рис.5 приведена возможная схема включения микросхемы XRT82D20. В данном случае она работает с линией 120 Ом при напряжении 3.3В.

Рисунок 5.

В таблице 2 отражены обобщенные сведения о характеристиках различных устройств фирмы Exar для использования в системах передачи данных E1/E3.

28 мая 2003 г. Exar анонсировал новое поколение чипов, объединяющих LIU, JA и ATM UNI фрэймер в одном инновационном комбинированном устройстве. Первым в этом семействе является микросхема XRT79L71, представляющая собой одноканальное устройство, ориентированное на телекоммуникационное оборудование, включающее цифровое коммутационные системы, беспроводные базовые станции и устройства DSLAM17. Многоканальные версии этого прибора будут анонсированы позже в течение года.

Микросхема ориентирована на использование в системах DS3/E3. Она имеет гибкий микропроцессорный интерфейс, облегчающий конфигурирование и управление и удовлетворяет требованиям промышленного стандарта UTOPIA II и спецификациям POS-PHY, функционируя при 25МГц, 33МГц и 55МГц. XRT79L71 имеет встроенный тактовый умножитель, генерирующий тактовые последовательности DS3/E3 от одного источника опорной частоты. Прибор содержит 16 ячеек FIFO для приложений ATM, позволяя поддерживать различные конфигурации для приемного и передающего направлений. Также имеется 54-байтный буфер ячеек OAM для их передачи, приема и обработки. Дополнительно устройство включает PRBS генератор/приемник. Микросхема удовлетворяет требованиям к величине джиттера, описанным в ETSI TBR-24, Bellcore GR-253 и GR499.

Образцы микросхемы в настоящее время доступны в 208-выводном корпусе ST PBGA по цене $49.98 при объеме свыше 1000 шт.