Transceiver

Transceiver sind integrierte Schaltkreise für Sonderzwecke. Sie stellen eine Schnittstellennorm bereit, mit der ein Mikroprozessorsystem über eine Anzahl verschiedener Protokolle kommunizieren kann. Zu diesen Protokollen zählen unter anderem auch serielle Netzwerkschnittstellen wie etwa Ethernet, CAN-Bus und Token-Ring. Protokolle können auch Peripherieschnittstellen wie RS232, USB und Firewire enthalten. Moderne serielle Schnittstellen für hohe Geschwindigkeiten, wie SATA, PCIe, HDMI, Thunderbolt und SDI, besitzen spezielle Analog- und Taktgeberschaltungen zur Realisierung der extrem hohen Bitraten und großen Kabellängen. Transceiver können auch in Mikroprozessoren und FPGAs integriert sein, um eine Schnittstelle mit anderen Bausteinen im Gerät oder über System-Backplanes bereitzustellen.

Ethernet-Transceiver werden auch als Ethernet-PHYs bezeichnet. Dieser Begriff bezieht sich auf die physische Schicht des aus sieben Schichten bestehenden OSI-Modells (Open Systems Interconnection). Die PHY-Schicht (physische Schicht) beinhaltet die Aufgaben für Steuerung, Timing, Modulation und Signalanpassung sowie Schnittstellenumwandlungen zur Ermöglichung der Verbindung von Knoten im Ethernet-Kabel. Dazu zählen Kabel und Glasfaser, aber auch Varianten für eine vergleichbare Vernetzung über drahtlose Medien.

Transceiver wandeln die physischen Signale von den Schnittstellen mit Standardlogik oder Low-Voltage Differential Signalling (LVDS) in höhere Spannungspegel um (z. B. RS232), Low-Voltage-Differential-Übertragung (USB) oder sonstige Formen wie etwa Strommodus-Logik (CML). Physische Medien können Amplituden- und Phasenverzerrungen aufgrund von Hochfrequenz-Flankenabfall, Verlusten oder anderen Filtereffekten einbringen. Diese lassen sich durch die Vorverzerrung der Signale im Sender und entsprechende Entzerrung im Empfänger kompensieren.

Serielle Transceiver für hohe Geschwindigkeit beinhalten Phasenregelkreise (PLLs), spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) und Wortsynchronisierungsalgorithmen zur Wiederherstellung und Rekonstruktion eines Datentakts (Reclocking). Durch spezielle Bitcodierung ist es möglich, ausreichende Flankenübergänge für die Taktwiederherstellung sicherzustellen, während gleichzeitig etwaige durch die Datenübertragung eintretende musterabhängige DC-Offsets begrenzt oder eliminiert werden können (z. B. Manchester Encoding).

Moderne Busnormen nutzen serielle Kanäle parallel zur Datenübertragung, so genannte Wege oder Kanäle. Logik Mux- und Demux-Schaltungen für hohe Geschwindigkeit zerhacken parallele Wörter in serialisierte Datenströme (Serializer und Deserializer). Transceiver werden gewöhnlich als Sammlung von Subsystemen dargestellt. Das PMA-Modul zur physischen Medienanbindung (Physical Medium Attachment) wickelt die analoge Schnittstelle ab. Die Teilschicht zur physischen Kodierung PCS (Physical Coding Sub-layer) ist das Subsystem für Scrambling, Ausrichtung, Serialisierung und Deserialisierung von Daten. Eine Taktmanagement-Einheit (CMU) enthält einen Block zur Takt- und Datenwiederherstellung, einen PLL und einen VCO. Das Problem der Jitter-Verzerrungen wird dadurch behoben, dass FIFOs als Jitter-Puffer verwendet und in Verbindungen mit mehreren Transceiver-Schnittstellen zusätzliche Schaltungen integriert werden.

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