Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte #####

21. September 2007, 17:22 Uhr |

Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte

Druckversion

Die analoge Revolution

Während die Bits über Kabel, durch Steckverbinder und sogar über Leiterplatten übertragen werden, sind sie störenden Einflüssen ausgesetzt, die gelegentlich so stark sein können, dass kaum noch zwischen digitalen Einsen und Nullen unterschieden werden kann (Bild 2).

Ursachen dieser Störungen können Übersprechen von benachbarten Datenkanälen, Impedanz-Unstetigkeiten durch Steckverbinder oder Dämpfungen infolge nicht idealer Sende- und Empfangs-Schnittstellen sein. Werden diese Störungen nicht bekämpft, führen sie zu einer Zunahme der Bitfehlerraten und damit schließlich zu einer Qualitätsbeeinträchtigung der Video-, Audio- oder Datensignale.

Grundlage für die Verbreitung von Inhalten, mit denen sich die digitale Revolution und die vernetzte Welt für den Endverbraucher materialisieren, ist somit jene Technik, die die Bits auf ihrem Weg an ihr Ziel von störenden Einflüssen befreit. Es mag Techniken – genauer gesagt: schnelle Schnittstellen-ICs – sind, die den schnellen Digitalsignalen den Weg durch dieses rauhe Terrain bahnen. Letztendlich stützt sich diese Schlüsseltechnologie damit auf die vor beinahe 60 Jahren erfundenen bipolaren Transistoren.

7140102_tm_05.jpg
Bild 2. Ein reales differenzielles Signal weicht stark vom idealen Verlauf ab.

Was ist eine „schnelle Schnittstelle“?

Im Wesentlichen wird analoge Technik eingesetzt, um Beeinträchtigungen zu beseitigen, denen die differenziellen Digitalsignale bei der Übertragung mit Datenraten von mehreren Gigabit pro Sekunde und mehr ausgesetzt sind. Senderseitig kommen so genannte Puffer (Buffer) zur Anwendung, die beispielsweise mit einem als „Pre-Emphasis“ (Vorverzerrung) bezeichneten Verfahren die hochfrequenten Anteile der Information verstärken. Dies geschieht in Erwartung der erhöhten Abschwächung, der eben die hochfrequenten Signalanteile auf dem Übertragungsweg unterliegen. Im Empfänger werden so genannte Entzerrer (Equalizer) eingesetzt, die mit ihrer Hochpass-Charakteristik die Tiefpass- Eigenschaften des Kabels ausgleichen und die entsprechende Dämpfung kompensieren. Entzerrer und Puffer schaffen es, die Pegelschwankungen der Bit-Informationen zu reduzieren, doch gegen den Jitter (zeitliche Schwankungen der Signalflanken) sind sie machtlos. Hier sind stattdessen Bausteine zur Rückgewinnung der Takt- und Dateninformationen (Clock/Data Recovery) gefragt, die die ursprüngliche, korrekte zeitliche Beziehung der Bits mit den entsprechenden Taktflanken wiederherstellen (Bild 3).

Man kann sich diese Bausteine wie die Bestandteile eines Signalaufbereitungs-Baukastens vorstellen, welcher mit die höchsten Anforderungen an Hochfrequenz-Analogtechnik stellt. Weitere schnelle Schnittstellen-Produkte wie etwa „Serializer“ (Parallel-Seriell-Datenumsetzung) und „Deserializer“ (Seriell-Parallel-Datenumsetzung) bedienen sich derselben Bausteine. Wieder andere Produkte wie zum Beispiel Taktschnittstellen-Bauelemente stützen sich auf hochfrequente PLL-Schaltungen mit äußerst schmalbandigen Regelkreisen, die den Jitter aus verrauschten Taktsignalen entfernen. Allen diesen Lösungen gemeinsam ist die Forderung, bei möglichst geringem Energiebedarf möglichst viel Rauschen aus hochfrequenten Signalen herauszufiltern.

7140103_tm_05.jpg
Bild 3. Entzerrer (Equalizer) und Taktwiederherstellung (Reclocker) bereiten die Amplitude und das Timing des ursprünglichen Signals wieder auf.

AnwendungssegmentSchnittstellentyp20062009
Mobilfunk-BasisstationKarte-zu-Karte2,5 Gbit/s CML5 Gbit/s CML
SMPTE Hochauflösendes VideoKabel1,5 Gbit/s LVPECL3 Gbit/s LVPECL
RouterKarte-zu-Karte3,2 Gbit/s CML6,3 Gbit/s CML
Medizinische BildgebungTakt1,5 GHz mit 1 ps Jitter3 GHz mit 100 fs Jitter
Tabelle 1. Typische Anforderungen an Schnittstellen-Bausteine heute und 2009


  1. Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte #####
  2. Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte
  3. Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte
  4. Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte
  5. Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte