XFI 和SFI接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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XFI和SFI的來源
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/328982.htmXFI來源于XFP光模塊標(biāo)準(zhǔn)的一部分，指的是連接ASIC芯片和XFP光模塊的電氣接口。XFP光模塊標(biāo)準(zhǔn)定義于2002年左右，其內(nèi)部的收和發(fā)方向都帶有CDR電路。因此XFP模塊尺寸比較大，功耗也比較大，這個(gè)對于需要多端口高密度的系統(tǒng)，比如數(shù)通交換機(jī)會是一個(gè)問題。為了解決這兩個(gè)問題，2006年左右，SFP+光模塊標(biāo)準(zhǔn)出來了，其內(nèi)部沒有CDR電路，相對于XFP模塊，SFP+模塊尺寸和功耗都變小了。對應(yīng)SFP+的電氣接口叫做SFI。
XFI接口先于SFI接口出現(xiàn)。電氣特性上，由于SFP+模塊內(nèi)部沒有CDR，可以預(yù)見SFI的電氣特性要求會比XFI來的更嚴(yán)格一些，這個(gè)可以從接下來的介紹的眼圖和抖動指標(biāo)要求中可以清楚的看出來。
標(biāo)準(zhǔn)以及參考點(diǎn)
XFI接口的電氣特性定義在INF-8077文檔，SFI接口的電氣特性定義在SFF8431文檔。
對于電氣特性要求，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都定義了A，B，C和D四個(gè)參考點(diǎn)。
A代表系統(tǒng)板上ASIC芯片高速信號輸出，封裝管腳的位置
B代表系統(tǒng)板電信號輸出的位置，即來自A點(diǎn)的信號經(jīng)過PCB走線以后到達(dá)光模塊的電輸入的位置
C代表系統(tǒng)板上接收來自光模塊的電信號，信號輸入的位置
D代表系統(tǒng)板上ASIC芯片的高速信號輸入，封裝管腳的位置。即C點(diǎn)的信號經(jīng)過PCB走線以后到達(dá)ASIC的電輸入位置
圖1：參考點(diǎn)位置
以XFI的INF-8077i文檔所定義為例，上圖可以看到A、B、C和D參考點(diǎn)的位置。
眼圖和抖動指標(biāo)
在上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件里，對于每個(gè)參考點(diǎn)的輸入信號幅度，抖動，和回?fù)p等等都有全部或者部分的定義。其中比較重要的指標(biāo)是眼圖模板和抖動要求，如下表格所示：
ASIC 發(fā)送端 | 光模塊電接收 | ||||
參考點(diǎn) | XFI(A) | SFI(A) | 參考點(diǎn) | XFI(B) | SFI(B) |
INF-8077i | SFF8431 | INF-8077i | SFF8431 | ||
X1(UI) | 0.15 | - | X1 | 0.305UI | 0.12UI |
X2(UI) | 0.4 | - | X2 | 0.5UI | 0.33UI |
Y1(mV) | 180 | - | Y1 | 60mV | 95mV |
Y2(mV) | 385 | - | Y2 | 410mV | 350mV |
Jitter | 0.3UI | - | Jitter | 0.61UI | 0.28UI |
光模塊電發(fā)送 | ASIC 接收端 | ||||
參考點(diǎn) | XFI(C) | SFI(C) | 參考點(diǎn) | XFI(D) | SFI(D) |
INF-8077 | SFF8431 | INF-8077 | SFF8431 | ||
X1 | 0.17UI | 0.35UI | X1 | 0.325UI | - |
X2 | 0.42UI | 0.5UI | X2 | 0.5UI | - |
Y1 | 170mV | 150Mv | Y1 | 55mV | - |
Y2 | 425mV | 425mV | Y2 | 525mV | - |
Jitter | 0.34UI | 0.7UI | Jitter | 0.65UI | - |
其中X1和X2，Y1和Y2是如下歸一化眼圖模板中，標(biāo)注眼寬和樣高的參數(shù)
圖2：歸一化眼圖模板
A點(diǎn)和D點(diǎn)是系統(tǒng)板上的信號，這些是板內(nèi)信號，做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，更需要關(guān)心的是B點(diǎn)和C點(diǎn)的信號，因?yàn)檫@兩個(gè)地方是跟外部接口的位置。
從上表可以看出，對于B點(diǎn)的要求，XFI的抖動要求是小于0.61UI，SFI要求小于0.28UI。XFI的電壓要求大于120mV,SFI要求大于190mV。XFI比SFI的要求來的要寬松一些，這是因?yàn)閄FP光模塊內(nèi)部集成了CDR。
對于C點(diǎn)的要求，XFI的抖動要求是小于0.34UI，SFI要求小于0.7UI。XFI的電壓要求大于340mV,SFI要求大于300mV。這里由于SFP+模塊內(nèi)部沒有集成CDR，來自SFP+的電信號要比XFP模塊來的差。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題和解決方案
通過以上的介紹，我們知道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)注B點(diǎn)和C點(diǎn)的信號。實(shí)際上這樣帶來了兩個(gè)問題。第一個(gè)是，如何保證我的系統(tǒng)B點(diǎn)是滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的。第二個(gè)是，如何保證我的系統(tǒng)板上ASIC可以容忍來自C點(diǎn)最差的信號。這個(gè)就涉及到到光模塊和ASIC之間的鏈路了，我們還是先從標(biāo)準(zhǔn)開始。
XFI定義的最大鏈路衰減是9.6dB(見page19,INF-8077i, Revision 4.5)。SFI定義的推薦的最大鏈路衰減是9dB(見page66,SFF8431Revision 4.1)，但是這項(xiàng)定義不是強(qiáng)制性的，也就是說ASIC供應(yīng)商提供的產(chǎn)品性能有可能低于這個(gè)數(shù)值。
通常ASIC的供應(yīng)商會提供設(shè)計(jì)建議，比如要求SFI鏈路長度小于5inches，或者提供通道的SDD21的模板。但是在我們實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于的應(yīng)用不同，會碰到各種情況，比如：
1)面板要出的光模塊端口很多，兩端的光模塊離ASIC距離比較遠(yuǎn)。從而超過ASIC所定義的通道長度要求。
2)光模塊放在一塊子卡上，通過板間連接器或者背板連接器連接另外一塊板子，除了通道變長以外，連接器的阻抗不連續(xù)都會帶問題。
3)ASIC本身的發(fā)送端抖動輸出性能不夠好，或者接收的抖動容忍性能不夠好，導(dǎo)致ASIC能夠支持的通道距離很短。
如何應(yīng)對這個(gè)問題？
1)對于SFI接口，TI官網(wǎng)上有一個(gè)應(yīng)用筆記本Selecting TI SigCon Devicesfor SFF-8431 SFP+
Applications，詳細(xì)介紹了TI對SFP+接口的解決方案。對于光接口可以采用TI的Retimer芯片，如DS110DF111、DS100DF410等等。對于有源電纜應(yīng)用，可以考慮使用Repeater如DS100BR111。
2)對于XFI接口，除了可以使用Retimer以外，由于XFP光模塊內(nèi)部集成了CDR，所以也可以考慮Repeater方案。
TI公司的產(chǎn)品DS110DF111、DS100DF410等芯片采用了體積小并且利于散熱的QFN封裝。您可以在www.ti.com/sigcon查詢更多應(yīng)用于Server、Storage以及Telecom等領(lǐng)域的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞epeater和Retimer產(chǎn)品。
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