深入解析Infineon IWE8：8 E1/T1線路互通元件的技術洞察

在當今復雜的通信網絡環境中，實現不同網絡之間的高效互通至關重要。Infineon的IWE8（PXB 4219E、PXB 4220E、PXB 4221E）作為一款關鍵的互通元件，為異步傳輸模式（ATM）網絡與基于時隙的準同步數字體系（PDH）網絡之間的連接提供了強大的支持。本文將對IWE8的特性、工作模式、接口、功能以及相關應用進行詳細解析，希望能為電子工程師們在設計和應用過程中提供有價值的參考。

文件下載：PXB 4220 E V3.4-G.pdf

一、IWE8概述

IWE8是Infineon ATM芯片組的成員，與幀和線路接口組件（如Infineon的QuadFALC PEB 22554）配合使用，可作為ATM網絡和PDH網絡之間的網關。它具有8個E1或T1輸入和輸出端口，每個端口可獨立配置為兩種基本模式：ATM模式和AAL模式。

1.1 特性亮點

• 全雙工ATM封裝/解封：支持8條E1/T1高速線路的全雙工ATM數據包處理，確保數據的高效傳輸。
• 靈活配置：可通過外部引腳配置為T1或E1模式，并且8個T1/E1端口可獨立配置為ATM或AAL模式。
• 多種標準支持：ATM模式符合ITU - T G.804和ITU - T I.432標準；AAL模式支持AAL1或無適配層開銷的透明傳輸（AAL0），以及ATM論壇的電路仿真服務規范。
• 時鐘恢復：內部時鐘恢復電路支持同步殘余時間戳（SRTS）或自適應時鐘方法（ACM），滿足不同應用場景的時鐘需求。
• 接口豐富：具備IMA接口、8個通用幀接口、UTOPIA行業標準接口、16位通用微處理器接口和外部同步SRAM接口等，方便與各種設備進行連接。
• 測試功能：內置數據路徑環路，支持通過微處理器接口進行信元插入/提取，便于進行功能測試。
• 低功耗設計：采用3.3伏電源供電，典型功耗僅1瓦，并且支持多種電源管理模式。

1.2 不同型號差異

• PXB 4219：僅支持ATM模式，用于符合ITU - T G.804的ATM信元映射到PDH幀。
• PXB 4220：支持ATM和AAL模式，使用內部時鐘恢復機制（SRTS），但使用SRTS功能需要支付專利費用。
• PXB 4221：功能與PXB 4220相同，但物理上永久禁用了SRTS，無需支付專利費用。

二、工作模式

2.1 ATM模式

在ATM模式下，端口提供符合ITU - T G.804的ATM信元映射到PDH幀的功能，工作速率為E1的2.048 Mbit/s或T1的1.544 Mbit/s。該模式下，設備實現了ITU - T I.432中定義的物理層（PHY）的所有傳輸匯聚（TC）子層功能。

2.2 AAL模式

AAL模式僅PXB 4220/4221支持，作為ATM電路仿真服務互通功能（CES - IWF），在恒定比特率（CBR）設備和ATM網絡之間進行轉換。支持“非結構化DS1/E1服務”和“結構化DS1/E1 N x 64 kbit/s基本服務”，并提供分段和重組功能。

2.2.1 非結構化CES模式

將2.048 Mbit/s（E1）或1.544 Mbit/s（T1）比特流無幀封裝地打包到ATM信元中，使用AAL1的非結構化數據傳輸（UDT）。時鐘恢復支持SRTS和ACM方法。

2.2.2 結構化CES模式

通過端口配置寄存器編程，用于結構化T1/E1 Nx64 kbit/s基本服務，可將N個T1（24個）或E1（32個）時隙通過ATM網絡傳輸。此模式下不支持SRTS和ACM時鐘恢復。

三、接口詳解

3.1 通用幀接口

IWE8的通用幀接口提供了多種模式選擇，包括FALC模式（FAM）、通用接口模式（GIM）、同步模式（SYM）和回聲消除器模式（EC）。通過外部引腳和操作模式寄存器進行模式選擇，并且集成了幀發送時鐘選擇器，可根據不同需求選擇時鐘源。

3.1.1 FALC模式（FAM）

可直接連接Infineon的“幀和線路接口組件”（FALC），數據通過系統內部高速總線傳輸，接收和發送系統時鐘均為8.192 MHz，數據速率為2048 Mbit/s。

3.1.2 通用接口模式（GIM）

使幀接口更加通用，可直接連接其他幀/線路接口單元或T1/E1收發器，根據E1/T1引腳可適配1.544 MHz（T1速率）或2.048 MHz（E1速率）。

3.1.3 同步模式（SYM）

用于同步幀和多幀協議，僅支持E1線路，有2.048 MHz和8.192 MHz兩種同步模式，可實現全局或端口特定的同步。

3.1.4 回聲消除器模式（EC）

該模式下發送和接收通道同步，幀接口由連接到RFCLK的8.192 MHz時鐘驅動。

3.2 UTOPIA接口

IWE8的UTOPIA接口實現了ATM論壇UTOPIA Level 2和Level 1規范。在UTOPIA level 2兼容模式下，與具有8條數據線和5條地址線的PHY層兼容；在UTOPIA level 1兼容模式下，可配置為ATM和PHY層的8條數據線接口。通過UTOPIA地址線，ATM層可輪詢PHY端口，PHY層通過TXCLAV或RXCLAV信號控制數據流量。

3.3 IMA接口

IWE8的IMA接口支持外部組件實現ATM逆復用（IMA）協議，具有可編程的映射緩沖區讀寫指針閾值，當檢測到不可糾正的HEC錯誤時，會丟棄信元并斷言UNCHEC信號，同時在引腳PN[2:0]上顯示信元來源的端口號。

3.4 時鐘恢復接口

可使用外部設備進行時鐘恢復，提供5線串行接口，支持SRTS和ACM兩種時鐘恢復方法，也允許兩者結合使用。數據以32位幀的形式傳輸，SSP脈沖指示幀的開始。

3.5 微處理器接口

IWE8的微處理器接口用于讀取和寫入內部寄存器、4個內部RAM和外部RAM。支持Intel類型和Motorola類型的微處理器，通過PMT和TBUS引腳在內部復位的正邊沿確定接口模式。

3.6 外部RAM接口

IWE8需要連接一個64k x 33位帶奇偶校驗保護或64k x 32位不帶奇偶校驗保護的外部同步SRAM，采用固定的12個時鐘周期的RAM接口周期。

四、功能描述

4.1 ATM傳輸功能

在ATM模式下，信元傳輸處理塊負責信元丟棄和將ATM信元（除UDF八位字節外）寫入ATM傳輸緩沖區；八位字節傳輸處理塊負責從ATM傳輸緩沖區讀取八位字節、進行信元速率解耦（插入空閑/未分配信元）、信元有效載荷加擾和HEC生成。

4.2 ATM接收功能

八位字節接收處理塊負責信元劃分、HEC檢查（頭錯誤檢測和糾正）、信元有效載荷解擾、空閑或未分配信元刪除、統計計數器事件生成以及將信元（除UDF八位字節外）寫入ATM接收緩沖區；信元接收處理塊負責從ATM接收緩沖區讀取信元。

4.3 AAL分段功能

實現了結構化數據傳輸（SDT）和非結構化數據傳輸的匯聚子層以及AAL類型1的分段子層功能。八位字節接收處理塊負責分段端口去相關、分段、SN/SNP生成、SDT指針生成、RTS值插入、統計計數器事件生成以及寫入分段緩沖區；信元接收處理塊負責從分段緩沖區讀取信元并填充部分填充的信元。

4.4 AAL重組功能

在AAL模式下，信元傳輸處理塊負責端口和通道識別、SNP字段檢查、SN字段檢查、SDT指針檢測和驗證、SRTS值提取、CAS處理、統計計數器事件生成、在信元丟失時插入虛擬信元以及寫入重組緩沖區；八位字節傳輸處理塊負責從重組緩沖區讀取八位字節、處理重組緩沖區溢出和不足、初始化重組緩沖區以補償CDV、同步SDT結構與端口結構以及生成統計計數器事件。

4.5 內部時鐘恢復電路（ICRC）

ICRC可在上游方向生成RTS值，在下游方向生成8.192、2.048或1.544 MHz的傳輸時鐘。每個端口獨立工作，支持FALC模式（FAM）和通用接口模式（GIM），通過內部PLL基于SRTS、ACM或兩者生成傳輸時鐘。

4.6 內部隊列

• 事件隊列：存儲所有處理八位字節或信元的功能塊生成的計數器事件，最多可存儲256個事件。
• 輸出隊列：存儲準備通過UTOPIA接收接口傳輸到ATM層的信元的外部RAM地址，是一個最多可容納256個信元地址條目的FIFO隊列。
• 中斷隊列：外部RAM中的FIFO隊列，當計數器達到閾值時寫入中斷條目，微處理器可通過讀取該隊列來響應中斷。

4.7 OAM處理

OAM處理塊從事件隊列中讀取統計計數器事件，根據計數器值和閾值判斷是否生成中斷，并將新的統計計數器值和中斷生成指示寫入外部RAM。

4.8 環回模式

• 上游環回：允許將在幀接口接收并轉發到UTOPIA接收接口的信元通過UTOPIA傳輸接口發送回發送器接口。
• 下游環回：可將從UTOPIA傳輸接口進入的ATM信元通過下游環回塊循環到UTOPIA接收接口。
• 串行環回：可將幀發送接口的幀發送時鐘、數據、幀同步和多幀同步信號按端口循環到幀接收接口。

4.9 信元插入和提取

• 信元插入：允許將存儲在信元插入緩沖區中的預定義信元插入到UTOPIA接收信元流中。
• 信元提取：可將從UTOPIA傳輸接口下游方向進入的信元提取到信元提取緩沖區。

4.10 通道到時隙的映射

IWE8支持將ATM信元映射到幀接口的32個時隙中的N個時隙，通過內部RAM編程定義映射方案。在AAL模式下，非結構化CES每個端口只有一個通道，結構化CES可將N x 64 kbit/s通道映射到T1/E1幀中。

五、應用提示

5.1 時鐘概念

不同模式下，IWE8對時鐘的要求不同，包括幀接口時鐘、時鐘恢復時鐘、參考時鐘等。PLLs for SRTS可接受RFCLK至少±50 ppm的偏差，但在切換到緊急模式時，RFCLK的精度需達到4.6 ppm。

5.2 AAL統計計數器轉換

可將IWE8的AAL統計計數器轉換為ATM論壇CES版本2 MIB，通過對特定統計計數器的破壞性讀取訪問來獲取相關參數。

5.3 內部時鐘恢復電路的抖動特性

ICRC的抖動分析結果表明，在使用外部抖動衰減器的情況下，IWE8在E1和T1模式下的抖動容限和抖動傳輸特性均能滿足相關標準要求。

六、電氣特性

6.1 絕對最大額定值

規定了環境溫度、結溫、存儲溫度、電源電壓、輸入電壓、輸出電壓和ESD魯棒性等參數的極限值，超出這些值可能會對設備造成永久性損壞。

6.2 工作范圍

工作環境溫度范圍為 - 40°C至85°C，電源電壓為3.3V ± 5%，輸入和輸出電壓具有5V I/O容限。

6.3 熱封裝特性

給出了熱封裝電阻（結到環境）在無氣流情況下的參數。

6.4 DC特性

包括輸入低電壓、輸入高電壓、輸出低電壓、輸出高電壓、輸入泄漏電流、上拉電流、下拉電流、電源電流和功耗等參數。

6.5 電容特性

規定了輸入電容和輸出電容的范圍。

6.6 AC特性

詳細描述了時鐘和復位接口、幀接口、UTOPIA接口、IMA接口、時鐘恢復接口、微處理器接口、RAM接口和邊界掃描測試接口的AC時序特性。

七、測試模式

7.1 設備識別寄存器

包含版本、部件號和制造商ID等信息。

7.2 指令寄存器

定義了4位指令寄存器的二進制代碼，用于邊界掃描測試。

7.3 邊界掃描寄存器

包含299個單元，可用于測試和控制設備的輸出。

八、總結

Infineon的IWE8作為一款功能強大的互通元件，為ATM網絡和PDH網絡之間的連接提供了全面的解決方案。其豐富的接口、靈活的工作模式、完善的功能以及良好的電氣特性，使其在通信網絡設計中具有廣泛的應用前景。電子工程師在使用IWE8時，需要根據具體的應用場景和需求，合理配置設備的參數，充分發揮其性能優勢。同時，對于涉及SRTS專利費用的問題，需要與相關方進行溝通和協商。希望本文的解析能幫助工程師們更好地理解和應用IWE8，推動通信網絡技術的發展。