并行通信源同步方式介紹

edadoc · 發(fā)表于 2017-8-28 09:29:31

作者：一博科技

我們都知道源同步方式的典型代表是DDRx信號(hào)，下面就來(lái)介紹源同步方式是怎樣改善系統(tǒng)同步的先天不足的。

源同步要解決的第一個(gè)問(wèn)題是減少在芯片之間傳輸數(shù)據(jù)所需的I/O引腳數(shù)量。這通過(guò)將芯片＃1的輸出處的n位數(shù)據(jù)復(fù)用到k位互連（k <n），然后將芯片＃2的輸入上的互連的k位解復(fù)用到n位內(nèi)部數(shù)據(jù)路徑上來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下圖所示。所得到的系統(tǒng)只需要每個(gè)芯片上的k個(gè)I/O引腳，而不需要先前的n個(gè)引腳。

當(dāng)然，雖然引腳數(shù)量要求已經(jīng)通過(guò)k：n的比率降低，但是參考時(shí)鐘的所需頻率已經(jīng)增加了這個(gè)比率的倒數(shù)。由于噪聲，電磁干擾（EMI）和功耗問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常不喜歡在系統(tǒng)內(nèi)分配高速參考時(shí)鐘。通常，分配較低頻率的時(shí)鐘，并且使用芯片中的PLL將該參考時(shí)鐘乘以可用頻率，但所產(chǎn)生的時(shí)鐘相位的變化以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率越高，往往會(huì)加劇并行數(shù)據(jù)總線的時(shí)序問(wèn)題。

源同步的第二個(gè)法寶就是在兩個(gè)芯片之間的數(shù)據(jù)通路中增加了一個(gè)高速時(shí)鐘，如下圖所示。假設(shè)該時(shí)鐘源提供的時(shí)鐘頻率略低于在芯片互連上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觸發(fā)的時(shí)鐘頻率,每個(gè)芯片都使用PLL來(lái)產(chǎn)生這個(gè)頻率倍數(shù)的時(shí)鐘，所得到的時(shí)鐘用于啟動(dòng)和捕獲相應(yīng)芯片中的數(shù)據(jù)。芯片＃1中用于從該芯片啟動(dòng)數(shù)據(jù)的PLL的輸出時(shí)鐘也是該芯片的輸出，芯片＃2使用該時(shí)鐘來(lái)捕獲數(shù)據(jù),這種方法稱為時(shí)鐘轉(zhuǎn)發(fā)。

時(shí)鐘轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是用于在芯片＃1上啟動(dòng)數(shù)據(jù)的高速時(shí)鐘可用于芯片＃2作為捕獲數(shù)據(jù)的參考。這樣之前通過(guò)時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)芯片的延遲的變化在時(shí)序分析中就不需要考慮了，只有時(shí)鐘路徑和數(shù)據(jù)位之間的延遲變化是相關(guān)的。雖然制程，電壓和溫度導(dǎo)致的這些路徑之間的變化在一定程度上相互影響，但接口的時(shí)序分析需要的余量較少，因此建立和保持時(shí)間更容易滿足。

我們還是來(lái)看看典型的例子吧，圖中所示的時(shí)鐘可以是單數(shù)據(jù)速率（SDR）或雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）的時(shí)鐘，如下圖所示。SDR就是接收芯片在SDR時(shí)鐘的每個(gè)上升沿（或每個(gè)下降沿）捕獲數(shù)據(jù); 而DDR則是接收芯片捕獲DDR時(shí)鐘的每個(gè)邊沿（上升沿和下降沿）的數(shù)據(jù)。

無(wú)論時(shí)鐘是SDR還是DDR時(shí)鐘，接收芯片都使用該時(shí)鐘直接捕獲數(shù)據(jù)。該芯片還使用參考時(shí)鐘以相同的頻率生成內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，這些時(shí)鐘是中間同步的。雖然頻率相同（鑒于它們共享共同的頻率參考），但是時(shí)鐘之間的相位關(guān)系是未知的，并且可能由于PVT變化而變化。因此，接收芯片通常將接收到的數(shù)據(jù)從接口時(shí)鐘域重新定時(shí)到內(nèi)部芯片時(shí)鐘的時(shí)鐘域。 FIFO用于執(zhí)行此重定時(shí)功能，期望最小化由接口時(shí)鐘計(jì)時(shí)的觸發(fā)器的數(shù)量，以便最小化時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)中的延遲，否則時(shí)鐘問(wèn)題將會(huì)加劇。