Введение

Техника синхронизации символов на цифровом интерфейсе. Синхронизация с источником относится к технике, используемой для синхронизации символов на цифровом интерфейсе. В частности, она заключается в том, что передающее устройство отправляет тактовый сигнал вместе с сигналами данных. Время однонаправленных сигналов данных привязывается к тактовому сигналу (часто называемому стробом), генерируемому тем же устройством, которое генерирует эти сигналы, а не к глобальному тактовому сигналу (т.е. генерируемому главным устройством шины). По сравнению с другими цифровыми схемами тактирования, такими как системная синхронизация, где глобальный источник тактовых импульсов подается на все устройства в системе, схема синхронизации с источником может достигать значительно более высоких скоростей. Этот тип синхронизации широко используется в высокоскоростных интерфейсах между микросхемами, включая DDR SDRAM, интерфейс SGI XIO, шину Intel Front Side Bus для процессоров x86 и Itanium, HyperTransport, SPI 4.2 и многие другие.

Причины использования

Причина, по которой синхронизация тактирования от источника является полезной, заключается в том, что было замечено, что все схемы внутри данного полупроводникового устройства испытывают примерно одинаковые изменения параметров процесса, напряжения и температуры (PVT). Это означает, что задержка распространения сигнала данных при прохождении через устройство соответствует задержке, испытываемой тактовым сигналом при прохождении через то же устройство в условиях изменения PVT. Это преимущество позволяет достичь более высокой скорости работы по сравнению с традиционным способом подачи тактового сигнала от отдельного устройства как к передатчику, так и к приемнику. Другим преимуществом является то, что при использовании этой техники не требуются более сложные схемы восстановления данных или восстановления тактовой частоты (например, ФАПЧ). Или, вместо увеличения тактовой частоты, большие системы, использующие синхронизацию тактирования от источника, могут обладать большей устойчивостью к изменениям PVT отдельных компонентов.

Анализ времени

Синхронные логические элементы, такие как триггеры, имеют статические критерии времени, которые должны быть выполнены для их корректной работы. В системе с синхронной топологией тактирования, где ко всем устройствам подается тактовый сигнал с выравниванием скоса, эти критерии следующие:

Топология с тактированием, источником которого является само устройство, устраняет два из этих факторов. Первый устраняется, поскольку сигналы тактирования и данных генерируются идентичными триггерами на одном кристалле при одинаковой температуре и напряжении, тем самым уравнивая задержки, наблюдаемые сигналами тактирования и данных. Второй устраняется по той же причине: поскольку сигналы тактирования и данных генерируются идентичными устройствами и (в идеале) соединяются проводами одинаковой длины, перекос между сигналами тактирования и данных значительно уменьшается. По этой причине, требования к минимальному периоду тактового сигнала могут быть значительно снижены. Поскольку частота обратно пропорциональна периоду тактового сигнала, частота тактирования в результате увеличивается.

Недостатки

Одним из недостатков использования синхронизации по источнику является создание отдельной области тактирования на принимающем устройстве, а именно – области тактирования строба, генерируемого передающим устройством. Эта область тактирования строба часто не синхронизирована с основной областью тактирования принимающего устройства. Для корректной работы полученных данных с данными, уже присутствующими в устройстве, требуется дополнительная ступень синхронизации для переноса полученных данных в основную область тактирования принимающего устройства. Эта ступень часто располагается рядом с логикой синхронизации по источнику. Это обычно приводит к увеличению сложности системы по сравнению с системами с глобальным тактированием, но преимущества, как правило, значительно превышают это увеличение сложности.

Вариации в реализации

В двухнаправленных шинах передачи данных от каждого устройства могут отправляться два встречных однонаправленных импульса синхронизации. Часто в этом случае импульс синхронизации работает непрерывно, то есть продолжает переключаться независимо от того, передаются данные или нет. Другой вариант – использование одной и той же шины для передачи импульса синхронизации. В этом случае импульс синхронизации может передаваться только устройством, отправляющим данные, и может потребоваться передача преамбулы и пост-амбулы для обозначения начала и конца импульса. (Пример: DDR2). В больших ASIC или процессорах между одними и теми же двумя устройствами может существовать несколько импульсов синхронизации и групп данных (битов данных, связанных с одним и тем же импульсом синхронизации) для учета незначительных различий в параметрах PVT в разных областях одного кристалла.