A felhasználók többségét nem érdekli a készülékben rejlő műszaki megoldás, csak az a fontos számára, hogy működjön és kész. Szakmai körökben is sokan megdöbbennek akkor, amikor hallják a mobiltelefonokban, fényképezőgépekben stb. tömegesen alkalmazott megoldások részleteit. Különösen szembetűnő korunk technikájának fejlettségi szintje, ha a néhány évtizeddel ezelőtti megoldásokkal hasonlítjuk össze.

 

A 80-as években a digitális áramkörökhöz kifejlesztett TTL áramkörök szenzációsak voltak, akár néhányszor 10 MHz frekvenciával is működtek, majd jöttek a CMOS áramkörök, amelyek számos előnyös tulajdonságuk ellenére mégiscsak lassúak voltak. Cikkünkben azt nézzük meg, hol tartunk most, milyen módon lehet az újság előző oldalain olvasható iszonyatos mennyiségű adatot feldolgozni.

 

Napjaink elektronikus áramköreit vizsgálva eljutottunk oda, hogy az 1,0V-os tápfeszültséggel működő eszközökkel akár több száz MHz-en is lehet dolgozni, a jobb integrált áramkörökben az órajel frekvencia az 500 MHz-et is meghaladhatja. A chipen belül a mm-es és a tized mm-es távolságok áthidalása problémamentes, a kihívást az integrált áramkörök közötti néhány cm-es távolságok áthidalása jelenti. A néhányszor 10 MHz-es frekvenciatartományban nincs más teendő, mint a kapu kimenetét a másik kapu bemenetével összekötni – természetesen a lehető legrövidebb vezeték hosszal – és az áramkör működik. A több száz MHz-es frekvenciatartományban ez már nem használható, ide új megoldásokat kellett kifejleszteni.

 

Az ECL technika különböző változatainak továbbfejlesztéséből alakult ki az úgynevezett LVDS (Low-voltage Differential Signaling) átvitel, amelynél nem egy, hanem két vezetéket használunk egy adatjel átvitelére. A két vezeték közös módusú  jelszintje 1,2 V, ehhez képes az egyik 1,0 V-on, a másik 1,4 V-on van. A két vezeték meghajtása ellentétes fázisú, de még ez is kevés a magasabb frekvenciák tartományában. A frekvencia növekedésével egyre inkább arra kell törekedni, hogy nyomtatott áramköri lemezen a két vezető hullámimpedanciája például 50 ohm körüli legyen és ezeket a tápvonalakat a bemeneti oldalon a hullámimpedanciával le is kell zárni. 

 

1. ábra

Az LVDS átvitel megvalósításának rajza 

 

 

Az átviteli jellemzők tovább javíthatók, ha  tápvonalakat csatolásba hozzuk és azokon azonos terjedési időt biztosítunk a két ellentétes fázisú jel számára. A megvalósítást az 1. ábra szemlélteti.

Ez mind szép, de ne gondoljuk, hogy ezzel minden meg van oldva, mert egyelőre még az optikai vevő 1250 MHz-es soros kimeneti adatfolyamát sem tudjuk átvinni. A soros adatfolyamot lerajzolva (2. ábra) felfedezhető, hogy a jelek átvitelében aránytalanságok vannak. Az adatjel frekvenciája akkor a legnagyobb, ha minden órajelnél más adat kerül átvitelre, de ez esetben is az adatvezetéken továbbítandó jel frekvenciája csak fele az órajel frekvenciájának.

 

2. ábra

Az órajel és az adatjel jelalakja a soros átvitel esetén

 

Olyan esetben, amikor problémát jelent az órajel igen magas frekvenciája a DDR (Double Data Rate) technikát alkalmazzuk. A név mindenki számára ismert, mivel számítógépeink memóriáinál széleskörűen alkalmazzák, a DDR2RAM-ról ma már az óvodában beszélgetnek a gyerekek, de kevesen tudják, hogy mit is takar ez valójában.

 

A megoldás nagyon egyszerű. Az üzemi frekvenciatartomány felső részén, amikor az órajel frekvenciája olyan magas lenne, hogy azt a panelon átvinni nem áll módunkban, az órajel frekvenciát megfelezve olyan áramköröket alkalmazunk, amelyek képesek az adatjelet az órajel felfutó és lefutó élénél is mintavételezni. Az új, nagy teljesítményű CableWorld készülékekben a bemutatott DDR és az LVDS technika széles körben alkalmazásra került, a 6 rétegű nyomtatott áramköri lemezek alkalmazását a BGA tokok mellett ezek az áramköri megoldások igénylik. 

 

Az adatsebesség további növelésének módja, az adatok párhuzamosítása, amint az 1 Gbit/s sebességű vonalat 8 bites párhuzamos vonallá tudjuk alakítani, az órajel frekvencia 1000 MHz-ről 125 MHz-re csökken.

 

Nem elrettentésként hagytuk a végére, de a DDS (Direct Digital Synthesis) megvalósításához még ez sem elegendő. Ott a 40-50 Gbit/s-os adatsebességhez 104 párhuzamos tápvonalat építettünk be, és az adatok felgyorsítása az IC-n belül az órajel négyszerezésével történik.