데이터 센터 및 산업 시스템을 위한 고성능 프로그래밍 가능 클록 생성기 구현

이더넷과 PCIe(Peripheral Component Interconnect Express) 통신을 지원하는 데는 정확한 타이밍이 중요합니다. 서버, 저장 시스템 및 네트워킹 또는 내장형 산업 시스템을 설계할 때 단순히 이더넷이나 PCIe 버스를 추가하는 것이 아니므로 타이밍을 정확하게 맞추는 것은 어려울 수 있습니다. 일반적인 설계에는 여러 버스가 있을 수 있으며 모두 최소한의 지터로 정확한 타이밍 지원이 필요합니다. 일반적인 시스템은 최대 650MHz까지 다양한 주파수에서 작동하는 통신 버스를 혼용해야 합니다.

최대한 인쇄 회로(pc) 기판 공간을 적게 차지하는 솔루션이 필요합니다. 또한 이더넷과 PCIe의 타이밍 요구 사항이 다르므로 설계 관련 문제가 증가합니다. 이러한 요구 사항을 해결하기 위해 이더넷과 PCIe 버스에 대해 동시에 최대 12개의 레퍼런스 클록을 전달할 수 있는 콤팩트 프로그래밍 가능 클록 생성기 IC로 전환할 수 있습니다.

이 블로그에서는 이더넷과 PCle 버스의 몇 가지 타이밍 요구 사항을 간략히 살펴본 다음 여러 가지 PCIe 및 이더넷 버스 요구 사항을 동시에 지원하는 데 사용할 수 있는 Renesas의 콤팩트 프로그래밍 가능 클록 생성기 솔루션을 소개합니다. 서버, 저장 시스템 및 네트워킹 또는 내장형 산업 시스템에서 타이밍 회로 개발 속도를 높여줄 평가 기판도 제공됩니다.

지터 제어 및 EMI 최소화

PCIe 및 이더넷은 서로 다른 용도로 사용됩니다. PCIe 응용 분야에는 PC 기판의 칩 간 통신 및 확장 카드와의 연결이 포함되며 이더넷은 로컬 영역 네트워크(LAN), 스토리지 영역 네트워크(SAN) 및 유사한 응용 분야에 사용됩니다. 다른 작동 환경은 타이밍 회로에 다양한 요구를 부과합니다.

지터 감쇠는 이더넷 네트워크에서 매우 중요합니다. 예를 들어 최대 650MHz의 고속 이더넷에서 실효값(rms) 위상 지터는 신호 무결성, 전파 지연 감소 및 예측 가능한 동작을 보장하기 위해 최대 150펨토초(fs)로 제한되어야 합니다.

지터 제어 외에도 PCIe 버스는 광범위한 주파수에 지터 에너지를 분산시켜 전자파 장해(EMI)를 최소화하는 확산 스펙트럼 변조를 사용하여 이점을 얻습니다. EMI 제어는 pc 기판에서 차폐 필요성이 더 적어 시스템 비용이 줄고 시스템 통합 속도가 향상됩니다. Renesas의 VersaClock 생성기를 사용하면 확산 스펙트럼 변조의 양을 제어하여 특정 응용 분야에서 요구하는 비용 대비 성능 트레이드 오프를 최적화할 수 있습니다.

더 적은 공간에서 더 많은 작업 수행

Renesas의 VersaClock 생성기를 토대로 한 통합 타이밍 솔루션을 통해 더 적은 pc 기판 공간에서 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. VersaClock 생성기는 8개 또는 12개의 독립 클록과 함께 사용할 수 있으며 다음과 같은 기능이 있습니다(그림 1).

• 169fs RMS의 위상 지터(10kHz ~ 20MHz, 156.25MHz)
• PCIe 6세대 일반 클록(CC) 27fs RMS
• PCIe SRIS(Separate Reference Independent Spread) 및 SRNS(Separate Reference No Spread) 작동 지원
• 1kHz ~ 650MHz 저전압 차동 신호(LVDS) 및 저전력, 고속 전류 조향 논리(LP-HCSL) 출력

그림 1: VersaClock 프로그래밍 가능 클록 생성기는 최대 8개 클록(오른쪽의 열 ‘008A’) 또는 최대 12개 클록(열 ‘012A’)을 지원합니다. (이미지 출처: Renesas)

5개의 독립 클록으로 타이밍 솔루션을 구축하는 기존의 방법은 약 3mm x 3mm의 기판 공간을 차지하는 일반 수정 발진기 회로와 각각 약 5mm x 3mm를 차지하는 4개의 하위 발진기가 필요합니다. 또는 5mm x 5mm만 차지하는 RC21008A 같은 단일 VersaClock IC를 사용할 수도 있습니다. 또한 동일한 IC는 최대 8개의 클록 출력을 지원할 수 있으므로 기판 공간, 부품 및 비용을 더욱 줄일 수 있습니다. RC21008A의 주요 특징은 VersaClock 7 제품군의 다른 두 IC인 RC21008AQ 및 RC21012A와 함께 표시됩니다(표 1).

표 1: VersaClock 7 제품군에서 3개의 클록 생성기의 주요 특징을 나타냅니다. ‘*’는 출력이 차동 또는 LVCMOS로 구성 가능함을 나타냅니다. (표 출처: Renesas)

지터 감쇠

RC31008A, RC31008AQ 및 RC31012A 프로그래밍 가능 지터 감쇠기에는 네트워크 동기화 기능이 있습니다. 여기에는 AC 또는 DC 커플링이 있는 단일 종단 출력 또는 차동 출력에 대한 컨버터 동기화 지원과 네트워크 기반 동기화용 동기식 이더넷(SyncE) 지원을 위한 JEDEC JESD204B/C가 포함됩니다. VersaClock 클록 생성기 IC와 마찬가지로 이러한 지터 감쇠기는 8개 또는 12개의 출력과 함께 사용할 수 있으며 솔루션 크기 및 비용을 줄여줍니다(표2).

표 2: VersaClock 7 제품군의 지터 감쇠기, ‘*’는 차동 또는 LVCMOS로 구성 가능한 출력 개수를 나타냅니다. (표 데이터: Renesas)

평가 기판

Renesas는 개발 활동의 속도를 높이기 위해 매우 다양한 평가 기판(EVB)을 제공합니다. 각각 8개와 12개의 출력 클록 생성기 설계용 RC21008-EVB(그림 2)와 RC21012-EVB, 각각 8개와 12개의 출력 지터 감쇠기에 사용할 수 있는 RC31008-EVB와 RC31012-EVB가 그 예입니다. 이러한 EVB는 PCIe 규정 준수 및 확산 스펙트럼 성능을 위해 합성기 모드에서 클록 생성을 지원할 수 있으며 또한 지터 감쇠 모드를 지원할 수 있습니다. EVB는 차동 모드에서 1kHz ~ 650MHz, 단일 종단 모드에서 1kHz ~ 200MHz의 레퍼런스 입력 주파수 범위를 지원합니다. 또한 다음과 같은 지터 사양을 가진 1W 미만의 일반적인 소비 전력을 제공합니다.

• 150펨토초 RMS 위상 지터(12kHz ~ 20MHz, 정수)
• 200펨토초 RMS 위상 지터(12kHz ~ 20MHz, 분수)

그림 2: VersaClock 7 계열 RC21008-EVB와 같은 EVB는 8개의 출력 솔루션 개발을 지원합니다. (이미지 출처: Renesas)

결론

위에서 살펴본 바와 같이 Renesas의 VersaClock 클록 생성기와 지터 감쇠기를 사용하여 다양한 데이터 처리 및 산업 응용 분야에서 PCIe와 이더넷 버스를 위한 고성능의 콤팩트한 저비용 타이밍 솔루션을 개발할 수 있습니다. 시작하는 데 도움이 되도록 EVB를 사용하면 개발 공정 속도를 높이고 출시 시간을 단축할 수 있습니다.