利用Virtex-5LXT应对串行背板接口设计挑战

　　采用串行技术进行高端系统设计已占很大比例。在《EETimes》杂志最近开展的一次问卷调查中，有92%的受访者表示2006年已开始设计串行I/O系统，而在2005年从事串行设计的仅占6?%。

　　串行技术在背板应用中的盛行，大大促进了这一比例的提高。随着对系统吞吐量的要求日益提高，陈旧的并行背板技术已经被带宽更高、信号完整性更好、电磁辐射和功耗更低、PCB设计更为简单的基于串行解串器(SerDes)技术的背板子系统所代替。

　　诸如XAUI和千兆位以太网(GbE)等有助于简化设计、实现互操作性的标准串行协议的问世，进一步推动了串行技术的应用。此外，PCI工业计算机制造商协会(PICMG)制定的AdvancedTCA和MicroTCA等串行背板规格标准，也对串行技术的快速普及起到了重要作用。串行背板技术具有极大的优越性，不但广泛用于通信系统、计算机系统、存储系统，还被应用到电视广播系统、医疗系统和工业/测试系统等。

　　设计“顽症”

　　尽管串行技术的应用已日益普遍，但许多设计挑战依然横亘在设计人员面前。背板子系统是整个系统的“心脏”，它必须能够在板卡间提供可靠的信号传输。因此，在背板设计中，确保很高的信号完整性(SI)是首要任务。

　　另外，采用能够以极低误码率驱动背板的、基于SerDes技术的适当芯片也至关重要。在设计人员重复利用旧背板上的早期元件和设计规则的“早期系统升级”应用中，利用芯片元件来改善SI尤为重要。

　　开发串行背板协议和交换接口(fabric interface)也是设计人员面临的一个挑战。大多数背板设计都利用了采用专有协议的早期专用集成电路(ASIC)，甚至一些比较新的背板设计也要求采用专有背板协议。因此，芯片解决方案必须十分灵活，能够支持必要的定制化。虽然ASIC可以实现这一点，但是，ASIC通常成本高，而且存在风险，因为产品需求量/销量不确定，可能产生设计缺陷以及技术规格的更改等。

　　近来，基于现有标准的模块化交换结构逐渐成为热点技术。这种技术有助于缩短开发周期，但所采用的芯片解决方案必须支持标准协议，并且允许灵活地对最终产品进行独具特色的定制。当然，还有成本、功耗和上市时间等不可回避的挑战。为了应对串行背板设计中的这一系列挑战，Xilinx推出了Virtex-5LXT FPGA平台和IP解决方案。

　　串行背板解决方案

　　面向串行背板应用的Xilinx Virtex-5LXT FPGA的关键技术是嵌入式RocketIO GTP低功耗串行收发器。最大的Virtex-5LXTFPGA中最高可包含24个串行收发器，每个串行收发器的运行速率范围均为100Mbps至3.2Gbps。结合可编程结构，该FPGA能够以高达3.2Gbps的速率支持几乎所有的串行协议，不论是专有协议还是标准协议。

　　对串行背板应用而言，更重要的是内置信号调理特性，包括传输预加重和接收均衡技术。这些特性可以实现速率高达数千兆比特的远距离(通常可达40英寸或更远)信号传输。这两种均衡方法都是通过增强高频信号分量和衰减低频信号分量，来最大限度地降低符号间干扰(ISI)的影响。区别在于，预加重是对线路驱动器输出的发射信号执行的，而接收均衡则是对传入IC封装的接收信号执行的。预加重和均衡特性均可编程为不同状态，以实现最优信号补偿。

　　除了信号调理特性，这些串行接收器还具备其他对背板有用的特性，如可编程输出摆幅，这种特性可以实现与多种其他基于电流型逻辑电路(CML)的器件连接和内置交流耦合电容器―可简化传输线路设计、降低ISI。