XFI 和SFI接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)

XFI和SFI的來(lái)源

XFI來(lái)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(duì)于需要多端口高密度的系統(tǒng)，比如數(shù)通交換機(jī)會(huì)是一個(gè)問(wèn)題。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，2006年左右，SFP+光模塊標(biāo)準(zhǔn)出來(lái)了，其內(nèi)部沒(méi)有CDR電路，相對(duì)于XFP模塊，SFP+模塊尺寸和功耗都變小了。對(duì)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(méi)有CDR，可以預(yù)見(jiàn)SFI的電氣特性要求會(huì)比XFI來(lái)的更嚴(yán)格一些，這個(gè)可以從接下來(lái)的介紹的眼圖和抖動(dòng)指標(biāo)要求中可以清楚的看出來(lái)。

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(duì)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(hào)輸出，封裝管腳的位置

B代表系統(tǒng)板電信號(hào)輸出的位置，即來(lái)自A點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)過(guò)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(lái)自光模塊的電信號(hào)，信號(hào)輸入的位置

D代表系統(tǒng)板上ASIC芯片的高速信號(hào)輸入，封裝管腳的位置。即C點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)過(guò)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(dòng)指標(biāo)

在上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件里，對(duì)于每個(gè)參考點(diǎn)的輸入信號(hào)幅度，抖動(dòng)，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(dòng)要求，如下表格所示：

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(hào)，這些是板內(nèi)信號(hào)，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(hào)，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(duì)于B點(diǎn)的要求，XFI的抖動(dòng)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(lái)的要寬松一些，這是因?yàn)閄FP光模塊內(nèi)部集成了CDR。

對(duì)于C點(diǎn)的要求，XFI的抖動(dòng)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(méi)有集成CDR，來(lái)自SFP+的電信號(hào)要比XFP模塊來(lái)的差。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題和解決方案

通過(guò)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(hào)。實(shí)際上這樣帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)是，如何保證我的系統(tǒng)B點(diǎn)是滿(mǎn)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(lái)自C點(diǎn)最差的信號(hào)。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(kāi)始。

XFI定義的最大鏈路衰減是9.6dB(見(jiàn)page19,INF-8077i, Revision 4.5)。SFI定義的推薦的最大鏈路衰減是9dB(見(jiàn)page66,SFF8431Revision 4.1)，但是這項(xiàng)定義不是強(qiáng)制性的，也就是說(shuō)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(huì)提供設(shè)計(jì)建議，比如要求SFI鏈路長(zhǎng)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(huì)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(guò)ASIC所定義的通道長(zhǎng)度要求。

2)光模塊放在一塊子卡上，通過(guò)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(zhǎng)以外，連接器的阻抗不連續(xù)都會(huì)帶問(wèn)題。

3)ASIC本身的發(fā)送端抖動(dòng)輸出性能不夠好，或者接收的抖動(dòng)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(duì)這個(gè)問(wèn)題？

1)對(duì)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(duì)SFP+接口的解決方案。對(duì)于光接口可以采用TI的Retimer芯片，如DS110DF111、DS100DF410等等。對(duì)于有源電纜應(yīng)用，可以考慮使用Repeater如DS100BR111。

2)對(duì)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(xún)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。