Technologieangebote

Bitratenflexibler empfängerseitiger Entzerrer für die serielle Multi-Gbit/s Datenübertragung

Kurzfassung

Die neue Entzerrerstruktur ermöglicht eine Reduzierung des Flächenbedarfs um einen Faktor 5 bis 10 und die Halbierung des Strombedarfs gegenüber herkömmlichen Entzerrerstrukturen. Die neue Entzerrerstruktur ist gleichzeitig geeignet für Datenübertragungen weit über 10 Gbit/s.

Hintergrund

Die bei der schnellen seriellen Datenübertragung über bandbegrenzte elektrische oder optische Kanäle auftretenden Intersymbolinterferenzen stellen mit steigender Datenrate ein immer größeres Problem dar. Insbesondere bei den in Zukunft angestrebten hohen seriellen Datenübertragungsraten von weit über 10 Gbit/s pro Kanal muss dieses Problem gelöst werden. Dabei kann auf teure Substrate für HF-Platinen bzw. auf dispersionskompensierte Glasfasern verzichtet werden, wenn eine elektronische Vor- oder Nachverzerrung angewendet wird.

Problemstellung

Die Verbesserung dieser elektronischen Entzerrer hinsichtlich Flächen- und Stromverbrauch bei gleichzeitig guten Filtereigenschaften stellt eine aktuelle Herausforderung bei der Entwicklung von ICs mit hohem seriellen Datendurchsatz dar. Insbesondere sind die Anforderungen an die seriellen Transceiver, welche bei Datenübertragungsraten von über 10 Gbit/s über gebräuchliche Rückwandplatinenkanäle erfüllt werden müssen, nicht leicht umzusetzen.

Lösung

Die an der Universität Stuttgart entstandene Erfindung beschreibt eine neuartige empfängerseitige Entzerrerschaltung, die gegenüber herkömmlichen Strukturen eine Reduzierung des Flächenbedarfs um einen Faktor 5 bis 10 und eine Reduzierung des Stromverbrauchs um die Hälfte ermöglicht und zugleich überzeugende Filtereigenschaften aufweist. Ein funktionsfähiger Demonstrator wurde in einer 130 nm CMOS-Technologie umgesetzt. Bei einem 2-fach zeitverschachtelt aufgebautem Entzerrerkern kann dieser auf einer Chipfläche von 60 µm x 56 µm realisiert werden. Die Leistungsaufnahme beträgt dabei bei 10 Gbit/s nur 21 mW für den Entzerrerkern und 33 mW für die Taktverteilung. Der Demonstrator kann Kanalverluste bis 24 dB bei der Nyquistfrequenz kompensieren. Außerdem erlaubt die komplett getaktete Schaltung einen echten bitratenflexiblen Betrieb. Die Filterstruktur kann mit einem höheren Grad der Zeitverschachtelung im Entzerrerkern entworfen werden und ist dann bei Verwendung fortgeschrittener CMOS-Technologien für Datenraten weit über 10 GBit/s geeignet.
Das am Entzerrereingang realisierte analoge Demultiplex des einlaufenden Signals erlaubt eine einfache Schnittstelle der Schaltung zu den nachfolgenden digitalen Funktionsblöcken. Da die Filterstruktur eine perfekte Symmetrie in allen parallelen Datenleitungen aufweist, sind sämtliche Datenströme am Entzerrerausgang von derselben Qualität und stehen somit ohne Korrekturen für die Weiterverarbeitung zur Verfügung. Die rein empfängerseitige Entzerrerstruktur benötigt keinen Rückkanal für die Übermittlung der Entzerrungskoeffizienten an ein Vorverzerrungsfilter im Datensender, dadurch wird der Entwurf und der Betrieb des seriellen Datenkanals stark vereinfacht.

Beispiel einer erfindungsgemäßen Entzerrerstruktur.
Beispiel einer erfindungsgemäßen Entzerrerstruktur.

Vorteile

  • 5 bis 10-fach verringerter Flächenbedarf gegenüber herkömmlichen Entzerrern erreichbar
  • Halbierung des Stromverbrauchs gegenüber herkömmlichen Entzerrern möglich
  • Betrieb bei 10 Gbit/s in 130 nm CMOS demonstriert
  • Datenraten > 10 Gbit/s erreichbar durch höheren Grad der Zeitverschachtelung oder bei Umsetzung in schnellerer CMOS-Technologie
  • Bitratenflexibler Einsatz des Entzerrers
  • Vollsymmetrische Filterstruktur für gleiche Signalqualität in allen parallelen Datenkanälen
  • Rein empfängerseitiger Entzerrer für einfachen Entwurf und Betrieb serieller Schnittstellen

Anwendungsbereiche

Bitratenflexibler empfängerseitiger Entzerrer für die serielle Multi-Gbit/s Datenübertragung.

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Michael Ott
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
ott(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Prototyp / TRL5
Patentsituation
US 8,346,845 erteilt
Referenznummer
012/06TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist von der Universität Stuttgart mit der Verwertung beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme. Außerdem bietet die Forschergruppe Kooperationen für  Weiterentwicklung und Integration der Technologie an.