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2016年12月

高精度1GHzクロック源が動いた

2016.12.07

1GサンプリングADC用のクロック源に、TexasInstruments社のCDCE62002という超高精度低ジッタクロック源を使っています。Cdce

CDCE62002は「0.5 ps RMS (10 kHz to 20 MHz) Output Jitter Performance」という超低ジッタで、ジッタクリーナーとしても使えるとのことです。つまり、外部から受け取ったクロックのタイミングを綺麗にして、ADCに与えてくれるというわけです。

25MHzの水晶振動子を外付けするだけで、最大1.175GHzまでの信号を生成することができます。LVDS、LVPECL、LVCMOSなどいろいろな規格で信号を出せるのもありがたいです。いろいろ便利そうなICなのですが、発熱が大きいのが問題。3.3Vで750mWも食います。

さて、このICを動かすにはSPIでパラメータを設定してやらねばなりませんが、Webのツールでできるとのこと。

現在開発している1GADCではSpartan-6にSPIの信号を出力させているので、それなりのステートマシンを作らなければなりません。アルバイトの学生さんが、このクロックジェネレータの使い方を解読して、動くようにしてくれました。

出てきたクロックがこれ↓

Cdce62002adc_clk

とても綺麗だったとのことです。

また、クロックを差動信号で出力してそれをSpartan-6に入れて、クロックを2分周した信号も見てみました。

驚くべきことに、

process(clk) begin
  if(clk'event and clk='1') then
    led <= not led;
  end if;
end process

程度の簡単なロジックだったら、Spartan-6は1GHzでも動いてしまうんですね。

Led

 

さて、1G ADCのクロックもできて、40Gbpsの光ファイバも動いた。いよいよJESD204Bを動かす準備ができました。

 

Kintex-7で、40G光ファイバモジュールの動作確認

2016.12.06

XILINXのCoreGeneratorには、IBERTテストといって、高速トランシーバのエラー率をテストしてくれるモジュールがあります。これを使って、Kintex-7搭載PCI Expressボード「Cosmo-Kの40Gbps光通信機能の動作確認をしました。

これが40Gbpsのモジュールです。

Ftl410qe2c


しかし、40Gbpsという速度をFPGAから直接出すことはできません。

2016年12月現在、UltraScale+のGTYで32.75Gbpsが限度。ALTERAも28Gbps程度。まだ2値で40G出せるものはない。各社とも次世代はPAM-4といって4値でデータ転送を行い50G超えを狙うようだ。

40Gbpsの光ファイバは、実は10Gbpsを4本束ねたものなのです。中に4本のファイバが入っています。

40gbps

(この4つのレーザダイオードが、ものすごい速さでLチカしている)

世の中には、40Gファイバを10Gファイバ4本に分岐するという便利なケーブルがあるので、1本ずつループバックさせたり、2本ずつでテストを行うことができます。

Cosmok40g

CH2、CH3、CH4の結果は

Cosmokp_10g_2loopCosmokp_10g_3loop_2
Cosmokp_10g_4loop
(クリックで拡大)

と、アイが43.8%も開いていて、非常に良好です。15Gbpsくらいは平気で通りそうな感じです。

実はCosmo-K+の初期バージョンでは、CH1の送信と受信を間違えて作ってしまって、基板にはこのようなジャンパが施されています。

Jumper10g


ラッピングワイヤによる手配線のジャンパで、長さは2cmくらいあります。1mmで1.5nHですから、30nHくらいのインダクタンスにはなるでしょう。インピーダンスの整合も滅茶苦茶なはずです。

それでも、まったくIBERT試験の結果には影響がありませんでした。

Cosmokp_10g_1loop

より厳しい条件で試験を行ったところ、送信と受信の線を近づけたりペアになっている線の間隔を離すと結果は悪くなりますが、このジャンパでも十分に10Gbpsの信号が通るようです。

1ギガを超える配線は難しい・・という話を良くききますが、本当はそんなに難しいものではないのです。

なぜかというと、クロストークも、反射も、減衰も、すべて信号が走る距離に比例して悪化するからです。

このボードは、FPGAと光モジュールはごく近いところにあるので、距離が短く、信号の品質はそれほど劣化しないのでしょう。こんなジャンパでも10Gbpsが通ってしまいます。

Cosmokp_10g_summary

 

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