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EASYCDR®- お客様の特定ニーズに合わせたカスタムソリューション

EasyCDR® - お客様の特定ニーズに合わせたカスタムソリューション

 

White Paper

 

Table of Contents

  1. SerDes の紹介
  2. GPIO によるGowin EasyCDR®ベースのSerDes
  3. EasyCDR®ソリューションの利点
  4. アプリケーション例
    • 産業用フィールドバスにおける潜在的なアプリケーション
    • 7:1 LVDS
    • MIPI M-PHY
    • LVDS バスアプリケーション
  5. 結論

 


 

1. SerDes の紹介

SerDes は、シリアライザ(Serializer)とデシリアライザ(Deserializer)の言葉を組み合わせたものです。同軸ケーブルまたはツイストペア・ケーブルを介して大量の情報を転送できます。今日の世界では、より高速なデータ転送が求められており、並列データ・フローでは対応できません。SerDes テクノロジーは、50Ω同軸または100Ωツイストペア・インターフェースのいずれかで使用できます。場合によっては、同軸ケーブルで電力を供給すること(POC)が可能で、これはカメラへの電力供給に最適です。

クロックを使用せずに1 本のケーブル(銅線またはファイバー)でデータ転送を可能にする重要なテクノロジーは、クロック・データ・リカバリ(CDR)と呼ばれます。データをケーブルに送信する際、データはソースからクロックに同期して送信されていますが、クロック信号は送信されません。その代わりに、データ・ストリームには、エンベデッド・クロックと呼ばれる、データ遷移によって示されるクロック情報が含まれています。重要なのは、受信側がCDR テクノロジーによってこのデータ・ストリームからクロック情報を回復し、正確なタイミングでデータを取得することです。一般的なアプローチは、送信機能とともに専用のアナログベースのCDRシステムを構築し、SerDes 機能全体を実現することです。


 

2. GPIO によるGowin EasyCDR®ベースのSerDes

Easy Clock Data Recovery(EasyCDR®)は、複雑さ、消費電力、コストを大幅に削減しながら、データ受信プロセスを簡素化するように設計された画期的なテクノロジーです。GOWIN の新しいGW5Aシリーズには、クロック信号が埋め込まれたシリアル・データを受信できる高度なI/O 構造が実装されています。当社の新しいEasyCDR® IP は、シリアル入力データをデシリアライズして、10 ビットまたは16 ビットのパラレル・データとクロックを出力できます。このソリューションは完全にGPIO およびFPGA ファブリックにより実装されており、専用のアナログSerDes は必要ありません。

 

GOWIN は、GW5A シリーズFPGA で最大2.5Gbps の優れたパフォーマンスを備えているEasyCDR®機能を提供します。そのシンプルさと効率性により、EasyCDR®は、消費電力が高く、複雑で、高価になりがちなアナログSerDes ソリューションに代わる優れた選択肢となります。

 

下図は、SerDes のRx 機能として動作するEasyCDR®を示しています。

 

 

3. EasyCDR®ソリューションの利点

速度要件が2.5Gbps 未満のアプリケーションでは、GOWIN のEasyCDR®ソリューションは、従来のアナログSerDes ソリューションに代わる最新かつ効率的な代替品として際立っています。GOWIN のEasyCDR®の利点は次のとおりです。

 

a. 多用途性
EasyCDR®ソリューションは、専用のアナログSerDes ブロックではなく、FPGA の一般的なリソースに基づいているため、柔軟性と汎用性が高くなります。高速トランシーバーが利用できるかどうかに関係なく、すべてのArora V デバイスで実装できます。ユーザーは、SerDes プロトコルを簡単に実装して、さまざまな状況に適応できます。したがって、この機能は、多くの最新の電子設計にとって大きな価値があります。

 

b. コストと電力効率
アナログSerDes ブロックは高価であり、大量の電力を消費します。これが、一部のFPGA にトランシーバーがわずかしかないか、まったくSerDes ブロックがない理由です。一方で、GPIO の数は十分であり、消費電力と実装コストも低いです。EasyCDR®はFPGA のGPIO およびロジック・リソースを利用するため、コストと電力の効率を高めています。


c. 技術進歩の隙間を埋める
今日の世界では、AI やスマートフォンなどの先端技術により、ウエハ・プロセス技術が急速に進歩しています。一方で、数十年前に定義されたテクノロジーは今でも広く使用されています。たとえば、USB2.0 は2000 年に導入され、現在でも多数のUSB2.0 デバイスが出荷されています。GPIO の速度は、現在ではUSB2.0 の480Mbps を軽く超えることができるため、このような低速プロトコルをサポートするために最新のテクノロジーで新規に設計することはまったく意味がありませんが、これは従来のFPGA GPIO でサポートできないSerDes ベースのプロトコルです。EasyCDR®テクノロジーは、このギャップを埋めました。


d. データ処理能力の向上
より多くのアプリケーションをサポートするために、速度の範囲を拡張することが重要です。EasyCDR®は最大2.5Gbps を処理できるため、競合他社とは一線を画しています。多くのユーザー・ケースはすでにこの速度で満足できます。

 

4. アプリケーション例

a. 産業用フィールドバスにおける潜在的なアプリケーション
産業用フィールドバスにおけるアプリケーションは、産業分野において、機器、コントローラ、アクチュエータ、フィールドデバイス間のデジタル通信に不可欠です。GOWIN のEasyCDR®は、PROFIBUS、PROFINET、SERCOS、Modbus、EtherCAT などの標準を含む、フィールド制御機器と高度な制御システムの間のデータ交換を処理するフィールド・バス・システムに応用可能です。

 

 

特にEtherCAT は、EtherCAT G(1Gbit/s)やEtherCAT G10(10 Gbit/s)などの高速データ・レートをサポートするように進化しました。EasyCDR®は、このような高速データ変換アプリケーションの処理において重要な役割を果たし、信頼性や費用対効果が高いソリューションを提供します。

  

b. 7:1 LVDS

7:1 LVDS は、LCD パネルの駆動信号の接続によく使用されます。EasyCDR®はデータ・レート要件を満たすことができますが、同期のためにはデータに遷移が必要です。これを解決するためには、8B10B エンコーディングやスクランブリングなどの手法が必要となる場合があります。ただし、eDP やV-by-One などのエンベデッドクロックを持つインターフェースが普及するにつれて、7:1 LVDSインターフェースの市場が縮小していることには注意が必要です。

 

c. MIPI M-PHY

MIPI M-PHY はPWM 信号とEasyCDR®を使用します。エッジベースであるため、クロックを効果的に回復できます。MIPI M-PHY に同期機能を提供し、クロック・レートがデータ・レートの3 倍の場合でも信頼性の高いデータ受信を保証します。

 

 

d. LVDS バスアプリケーション

LVDS バスアプリケーションでは、EasyCDR®は追加のクロック信号なしでデータ送信を可能にすることで接続を簡素化します。GOWIN のGW5A およびGW5AR デバイスは、強化された最大2Gbps の受信速度を提供します。この機能は、産業環境におけるより高いデータ転送要件に答えるために極めて重要です。

 

 

5. 結論

GOWIN のEasyCDR®は、利用可能な速度範囲で従来のアナログSerDes オプションを上回る、データ受信のための最先端ソリューションです。技術の進歩、より高いデータ処理能力、高い電力/コスト効率、および多用途性などの利点を備えたEasyCDR®は、産業用フィールドバス、LVDS インターフェース、MIPI M-PHY などのさまざまなアプリケーションに優れた選択肢を提供します。業界がより高速で効率的なデータ受信ソリューションを求め続ける中、EasyCDR®はこれらの課題に対応する準備ができており、電子システムの設計を簡素化し、コストを削減する方法を提供しています。

 

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