高速串列介面(HSSI)設計規範

簡介

本文檔指定了DTE（如高速路由器或類似資料裝置）和DCE(如DS3 (44.736 Mbps)或SONET STS-1 (51.84 Mbps) DSU)之間的物理層介面。

必要條件

需求

本文件沒有特定需求。

採用元件

本文件所述內容不限於特定軟體和硬體版本。

慣例

如需文件慣例的詳細資訊，請參閱思科技術提示慣例。

通知和作者

通知

cisco Systems， Incorporated和T3plus Networking， Incorporated不表示也不保證提供本規範中的任何資訊，但會盡其知識和能力真誠地提供這些資訊。在不限制上述通用性的前提下，思科系統和T3plus網路不對特定用途的適用性進行陳述或擔保，也不對使用規範中的資訊是否侵犯任何人的專利或其他權利進行陳述或擔保。接收方放棄對思科系統或T3plus網路的任何使用資訊或由此獲得的產品的任何索賠。

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未經Cisco Systems和T3plus Networking的明確書面許可，不得更改或修改本文檔的內容。本文檔旨在用作高速串列介面規範並發展為行業標準。出於此目的，預期未來可能會對本規范進行修訂，以反映隨著發展的其他要求或遵守國內或國際標準。Cisco Systems和T3plus Networking保留隨時更改或修改本規範或與其相關的裝置的權利，恕不另行通知，也不承擔任何責任。

合著者

John T. Chapman
	cisco Systems, Inc.     	jchapman@cisco.com
	1525 O'Brien Drive	        TEL: (415) 688-7651
	Menlo Park, Ca 94025

Mitri Halabi T3plus Networking， Inc. mitri@t3plus.com 2840 San Tomas Expressway電話：(408) 727-4545 Santa Clara， Ca， 95051傳真：(408) 727-5151

要接收此規格的更新副本，建議請求將您增加到Cisco Systems或T3plus Networking的HSSI Specification郵寄清單中。

HSSI附錄第1期

這是一組HSSI規格的三個附錄，以記錄自2.11版以來對HSSI規格的補充和澄清，並增強資料電路終端裝置(DCE)和資料服務單元(DSU)的操作和診斷能力。

附錄#1

刪除對「時鐘必須在最後一個有效資料之後保留n個週期」的所有引用。 這與HSSI作為第1層規範一致，因此對資料有效性一無所知。

替換為以下短語：

「為了便於實現各種位/位元組/幀DCE複用器，可以對時鐘進行間距處理，以允許刪除成幀脈衝並允許HSSI的頻寬限制。

未指定最大間隔時間。然而，當TA和CA被斷言時，時鐘源ST和RT一般是連續的。間隙間隔被測量為相同斜率的兩個連續時鐘邊之間的時間量。

瞬時資料傳輸速率不得超過52 Mbps。」

附錄#2

在所有接收器上，使用1.5 kohm電阻器代替10 kohm電阻器進行上下拉動功能。這允許在110歐姆終止電阻器上開發正確的150毫伏特最小值。

附錄#3

可選訊號LC已從DCE增加到保留訊號對引腳5 (+)和30 (-)上的資料終端裝置(DTE)。LC是從DCE到DTE的環回請求訊號，用於請求DTE提供到DCE的環迴路徑。更具體地說，DTE會設定TT=RT和SD=RD。在這些情況下，不會使用ST，也不能將其用作有效的時鐘源。

這樣，DCE/DSU網路管理診斷程式就可以獨立於DTE來測試DCE/DTE介面。這遵循HSSI的理念，即DCE和DTE都是智慧獨立對等體，並且DCE能夠並負責維護其自身的資料通訊通道。

如果DTE和DCE都宣告了環回請求，則將DTE作為首選項。

1.0目標用途

本文檔指定了DTE（如高速路由器或類似資料裝置）和DCE(如DS3 (44.736 Mbps)或SONET STS-1 (51.84 Mbps) DSU)之間的物理層介面。此規格的未來延伸可能包括支援最高SONET STS-3 (155.52 Mbps)的速率。

1.1檔案組織

第1節介紹HSSI並將其與其他規格相關聯。第2部分包含本規範中使用的術語和定義的清單。第3部分定義了電氣規範，包括訊號名稱、定義、特徵、操作和定時。第4節介紹物理屬性，包括聯結器型別、電纜型別和引腳分配。附錄A以圖形表示時間關係。附錄B以圖形方式定義極性慣例。附錄C詳細分析了ECL抗擾度。

1.2與現有標準的比較

關於ANSI/EIA系列標準EIA-232-D、EIA-422-A、EIA-423-A、EIA-449和EIA-530，此規範的不同之處在於：

• 支援高達52 Mbps的串列位元率

• 使用發射器耦合邏輯(ECL)傳輸電平

• 允許定時訊號被隔開，即不連續

• 使用簡化的控制訊號協定

• 使用更詳細的環回訊號協定

• 使用不同的聯結器

2.0術語和定義

此規格遵循下列定義：

模擬環回：

與DCE的線路端關聯的任一方向的環回。

斷言：

給定訊號的(+side)將處於電位Voh，而同一訊號的(-side)將處於電位Vol。（參見3.2節和附錄B）

非斷言：

給定訊號的（+側）將處於電位Vol，而同一訊號的（-側）將處於電位Voh。

資料通訊通道：

在DCE之間傳輸資訊所涉及的傳輸介質和中間裝置。在本規範中，資料通訊通道被假定為全雙工。

DCE：

資料通訊裝置。連線資料通訊通道和終端裝置(DTE)的通訊網路的裝置和連線。這將用於描述CSU/DSU。

數位回送：

與DCE的DTE埠關聯的任一方向的環回。

DS3：

數位訊號電平3。也稱為T3。頻寬相當於28個T1。位元率為44.736 Mbps。

DSU：

資料服務單元。為DTE提供訪問數字電信裝置的許可權。

DTE：

資料終端裝置。作為資料來源、目標或同時作為二者的資料站部分，根據協定提供資料通訊控制功能。這將用於描述路由器或類似裝置。

間隔時鐘：

一種以標稱位元率的時鐘流，它可以在任意時間長度的任意間隔上丟失時鐘脈衝。

OC-N：

由STS-N訊號的光轉換產生的光訊號。

SONET：

同步光纖網路。一種ANSI/CCITT標準，用於標準化光通訊系統的使用。

STS-N：

同步傳輸訊號電平n，其中n = 1、3、9、12、18、24、36、48。STS-1是SONET的基本邏輯構建塊訊號，速率達51.84 Mbps。STS-N透過N個51.84 Mbps速率交織N個STS-1訊號的位元組來獲得。

3.0電氣規格

3.1訊號定義

                  +-------+                  +-------+
                  |       |<------ RT -------|       |
                  |       |<------ RD -------|       |
                  |       |                  |       |
                  |       |<------ ST -------|       |
                  |       |------- TT ------>|       |
                  |       |------- SD ------>|       |
                  |  DTE  |                  |  DCE  |
                  |       |------- TA ------>|       |
                  |       |<------ CA -------|       |
                  |       |------- LA ------>|       |
                  |       |------- LB ------>|       |
                  |       |                  |       |
                  |       |------- SG -------|       |
                  |       X------- SH -------X       |
                  +-------+                  +-------+
 

RT：接收計時

方向：從DCE

RT是最大位元率為52 Mbps的間隔時鐘，為RD提供接收訊號元素計時資訊。

RD：接收資料

方向：從DCE

響應於從遠端資料站接收的資料通道線路訊號，由DCE生成的資料訊號在該電路上傳輸到DTE。RD與RT同步。

ST：傳送計時

方向：從DCE

ST是最大位元率為52 Mbps的間隔時鐘，向DTE提供傳輸訊號元素計時資訊。

TT：終端計時

方向：至DCE

TT向DCE提供發射訊號元件定時資訊。TT是DTE向DCE返回的ST訊號。TT應僅由DTE緩衝，而不用任何其他訊號來選通。

SD：傳送資料

方向：至DCE

由DTE發起的資料訊號將透過資料通道傳送到遠端資料站。SD與TT同步。

TA：可用的資料終端裝置

方向：至DCE

當DTE準備向DCE傳送資料或從DCE接收資料時，DTE將獨立於CA來宣告TA。在DCE也宣告CA之前，不應開始資料傳輸。

如果DTE斷開時，資料通訊通道需要保持活躍資料模式，則DCE應提供此模式，同時TA被消權。

CA：可用的資料通訊裝置

方向：從DCE

當DCE準備向DTE傳送資料或從DTE接收資料時，DCE將獨立於TA宣告CA。這表明DCE已經獲得了有效的資料通訊通道。在DTE也宣稱了TA之前，不應開始資料傳輸。

LA：環回電路A

LB：環回電路B

方向：至DCE

LA和LB被DTE斷言，以使DCE及其相關資料通訊通道提供三種診斷環回模式之一。具體來說，

• LB = 0，LA = 0：無環回

• LB = 1，LA = 1：本地DTE環回

• LB = 0，LA = 1：本地線路環回

• LB = 1，LA = 0：遠端線路環回

1表示斷言，0表示非斷言。

本地DTE（數字）環回發生在DCE的DTE埠，用於測試DTE和DCE之間的鏈路。本地線路（模擬）環回發生在DCE的線路端埠，用於測試DCE功能。遠端線路（模擬）環回發生在遠端DCE的線路埠，用於測試資料通訊通道的功能。這三個環回按照以下順序啟動。遠端DCE透過遠端命令其本地環回來進行測試。請注意，LA和LB是EIA訊號LL（本地環回）和RL（遠端環回）的直接超集。

本地DCE繼續在所有三個環回模式下宣告CA。當遠端環回生效時，遠端DCE將取消斷言CA。如果遠端DCE可以檢測到本地DCE上的本地環回，遠端DCE將撤消其CA；否則，當本地DCE上存在本地環回時，遠端DCE將撤消其CA。

DCE僅向命令DTE實施環回。從資料通訊通道接收資料被忽略。根據資料通訊通道的特定要求，向資料通訊通道傳送資料用指令DTE的傳送資料流或保持活躍資料模式填充。

沒有明確的硬體狀態訊號指示DCE已進入環回模式。在宣告LA和LB之後，DTE會等待適當的時間，再假設環回有效。適當的時間量取決於應用程式，不屬於此規範的一部分。

環回模式適用於定時訊號和資料訊號。因此，在DTE - DCE鏈路上，相同的定時訊號可以經過鏈路三次，第一次是ST，然後是TT，最後是RT。

SG：訊號接地

方向：不適用

SG表示兩端的電路接地連線。SG確保傳送訊號電平保持在接收器的公共模式輸入範圍內。

SH：遮蔽

方向：不適用

遮蔽件封裝電纜以用於EMI，並不隱含用於傳輸訊號返回電流。遮蔽直接連線到DTE幀地線，並且可以在DCE幀地線上選擇兩個選項之一。第一個選項是直接將遮蔽連線到DCE幀接地。第二種方案是透過並聯組合470歐姆、+/- 10%、1/2瓦電阻器、0.1uF、+/- 10%、50伏特單片陶瓷電容器和0.01uF、+/- 10%、50伏特單片陶瓷電容器將遮蔽連線到DCE架構接地。如下所示：

                +-------+                       +-------+
                |  DTE  |       shield          |  DCE  |
                |       +---------------------- |       |
                |   X======== signal path ==========X   |
                |       +----------------+----- |       |
                |       |              C +--||--+       |
                |       |              C +--||--+       |
                |       |              R +-/\/\-+       |
                |       |                       |       |
                +-------+                       +-------+
    

R-C-C網路應儘可能靠近遮蔽/機箱接點。由於遮蔽直接端接到DTE和DCE機箱，因此不會在聯結器內為遮蔽分配引腳。連線電纜之間的遮蔽連續性由聯結器外殼保持。

3.2電氣特徵

所有訊號均經過均衡、差分驅動並在標準ECL級別接收。兩端的ECL負電源電壓Vee可以是-5.2 Vdc +/- 10%或-5.0 Vdc +/- 10%。上升時間和下降時間從20%至80%的閾值水平衡量。

TRANSMITTER:
             driver type:  ECL 10KH with differential outputs
                           (MC10H109, MC10H124 or equivalent)
           signal levels:  minimum      typical         maximum
                     Voh:   -1.02        -0.90           -0.73    Vdc
                     Vol:   -1.96        -1.75           -1.59    Vdc
                   Vdiff:    0.59         0.85            1.21    Vdc
                   trise:    0.50           -             2.30     ns
                   tfall:    0.50           -             2.30     ns
       transmission rate:  52 Mbps maximum
             signal type:  electrically balanced with Non Return to Zero
                           (NRZ) encoding.
             termination:  330 ohms low inductance resistance from each side
                           to Vee.
RECEIVER:
           receiver type:  ECL 10KH differential line receiver
                           (MC10H115, MC10H116, MC10H125, or equivalent)
             termination:  110 ohms (carbon composition) differential,
                           5 Kohms common-mode (optional)
       min. signal level:  150 mvolts peak-to-peak differential
       max. signal level:  1.0 volt peak-to-peak differential
 common mode input range:  -2.85 volts to -0.8 volts (-0.5 volts max)

這些值適用於溫度範圍在0到75°C的環境溫度，並且已針對更寬的Vee範圍進行了調整。

3.3無故障操作

如果沒有介面電纜，則差分ECL接收器必須預設處於已知狀態。為了保證這一點，使用10H115或10H116時，必須在接收器的(-side)加上10 kohm、+/-1%的上拉電阻，並在接收器的(+side)加上10 kohm、+/-1%的下拉電阻。這將產生5千歐姆的縱向端接。所有介面訊號的預設狀態都是反斷的。

使用10H125時，沒有必要使用外部電阻，因為它有一個內部偏置網路，當輸入保持浮動時，它將強制輸出低狀態。

介面不得因任何引腳組合上的開路或短路連線而損壞。

3.4時間

源定時被定義為發射器處生成的定時波形。目的地定時被定義為接收器處入射的定時波形。脈衝寬度測量在最終脈衝幅度的50%點之間。定時脈衝的前沿應定義為無斷言和斷言的邊界。定時脈衝的後沿應定義為斷言和非斷言之間的邊界。RT、TT和ST最小正源定時脈衝寬度應為7.7ns。這允許來源佔空比允差為+/- 10%。此值取自：

           10% = ((9.61 ns - 7.7 ns)/19.23 ns) x 100%
where:
           19.23 ns = 1 / (52 Mbps)
            9.61 ns = 19.23 ns * 1/2 cycle

資料將在源定時脈衝的前沿+/- 3ns內變為新狀態。

RT、TT和ST的最小正目的地定時脈衝寬度應為6.7ns。資料將在目標定時脈衝前沿+/- 5ns內變為新狀態。這些數字允許1.0ns的脈衝寬度失真和2.0ns的時鐘到資料歪斜的傳輸失真元素。這為receiver設定時間留下1.7 ns。

資料會在後緣視為有效。因此，傳送在前緣上輸出時鐘資料，並且在後緣上接收者輸入時鐘資料。這允許時鐘資料傾斜錯誤的接受窗口。

在DTE內從ST埠到TT埠的延遲應小於25ns。DCE必須能夠容許其ST埠與TT埠之間的延遲至少為100ns。這允許15公尺電纜有75 ns的延遲。

RT和ST可能會有間隙。如果它們被DCE停用，則RT停用必須持續到RD上最後一個有效資料後的23個時鐘脈衝，而ST停用必須持續到SD上最後一個有效資料後的1個時鐘脈衝。有效資料的定義取決於應用程式，並非本規範的主題。

CA和TA彼此不同步。在宣告CA時，訊號ST、RT和RD在至少40ns內將視為無效。在斷言TA時，訊號TT和SD在至少40ns內將視為無效。這是為了讓接收端有足夠設定時間。

在傳輸SD上最後一個有效資料位之後至少有一個時鐘脈衝之前，不應取消斷言TA。這不適用於CA，因為資料對DCE是透明的。

4.0物理規格

連線DCE和DTE的電纜由25對雙絞線組成，帶有整體箔/編織遮蔽。電纜聯結器都是凸式聯結器。DTE和DCE具有凹式插座。尺寸以米(m)和英呎(ft)為單位。

4.1物理

 cable type:            multi-conductor cable, consisting of 25 twisted pairs
                        cabled together with an overall double shield and
                        PVC jacket
 gauge:                 28 AWG, 7 strands of 36 AWG, tinned annealed copper,
                        nominal 0.015 in. diameter
 insulation:            polyethylene or polypropylene; 0.24 mm, .0095 in.
                        nominal wall thickness; 0.86 mm +/- 0.025 mm, .034 in.
                        +/- 0.001 in. outside diameter
 foil shield:           0.051 mm, 0.002 in. nominal aluminum/polyester/
                        aluminum laminated tape spiral wrapped around the
                        cable core with a 25% minimum overlap
 braid shield:          braided 36 AWG, tinned plated copper in accordance
                        with 80% minimum coverage
 jacket:                75 degrees C flexible polyvinylchloride
 jacket wall:           0.51 mm, 0.020 in. minimum thickness
 dielectic strength:    1000 VAC for 1 minute
 outside diameter:      10.41 mm +/- 0.18 mm, 0.405 in. +/- 0.015 in.
 agency complience:     CL2, UL Subject 13, NEC 725-51(c) + 53(e)
 manufacturer p/n:      QUINTEC (Madison Cable 4084)
                        ICONTEC  RTF-40-25P-2  (Berk-tek, C&M)

4.2電氣

 maximum length:                          15 m             50 ft

 nominal length:                           2 m              6 ft
 maximum DCR at 20 C:                     23 ohms/km       70 ohms/1000ft
 differential impedance at 50 MHz:
        nominal: (95% or more pairs)     110 ohms     (+/- 11 ohms)
        maximum:                         110 ohms     (+/- 15 ohms)
 signal attenuation at 50 MHz:          0.28 dB/m       0.085 dB/ft
 mutual capacitance within pair,
        minimum:                          34 pF/m        10.5 pF/ft
        nominal: (95% or more pairs)      41 pF/m        12.5 pF/ft  (+/- 10%)
        maximum:                          48 pF/m        15.0 pF/ft
 capacitance, pair to shield,
        maximum:                          78 pF/m          24 pF/ft
          delta:                         2.6 pF/m         0.8 pF/ft
 propagation delay,
        maximum:   (65% of c)           5.18 ns/m        1.58 ns/ft
          delta:                        0.13 ns/m        0.04 ns/ft

4.3聯結器

 plug connector type:   2 row, 50 pin, shielded tab connectors
                        AMP plug part number 749111-4 or equivalent
                        AMP shell part number 749193-2 or equivalent

 receptacle type:       2 row, 50 pin, receptical header with rails and latch
                        blocks.  AMP part number 749075-5, 749903-5 or
                        equivalent

4.4引腳分配

            Signal Name           Dir.     Pin # (+side)   Pin # (-side)
        -----------------------   ----     -------------   -------------
        SG - Signal Ground        ---            1              26
        RT - Receive Timing       <--            2              27
        CA - DCE Available        <--            3              28
        RD - Receive Data         <--            4              29
           - reserved             <--            5              30
        ST - Send Timing          <--            6              31
        SG - Signal Ground        ---            7              32
        TA - DTE Available        -->            8              33
        TT - Terminal Timing      -->            9              34
        LA - Loopback circuit A   -->           10              35
        SD - Send Data            -->           11              36
        LB - Loopback circuit B   -->           12              37
        SG - Signal Ground        ---           13              38
             5 ancillary to DCE   -->         14 - 18         39 - 43
        SG - Signal Ground        ---           19              44
             5 ancillary from DCE <--         20 - 24         45 - 49
        SG - Signal Ground        ---           25              50

引腳對5和30、14和30到18和43以及20和45到24和49保留供未來使用。為了讓未來能夠向後相容，任何型別的訊號或接收器都不應連線到這些引腳。

（附錄A&B不可用）

附錄C：抗擾度

本附錄計算此介面的抗噪性。10KH ECL的正常指定150伏特雜訊抗性在這裡不適用，因為差分輸入不使用內部ECL偏置Vbb。

10H115和10H116差分線路接收器的公共模式(NMcm)和差分模式(NMdiff)雜訊邊界為：

  NMcm+  =  Vcm_max - Voh_max  =  -0.50 Vdc - (-0.81 Vdc)  =  310 mVdc


  NMcm-  =  Vol_min - Vcm_min  =  -1.95 Vdc - (-2.85 Vdc)  =  900 mVdc

  NMdiff =  Vod_min * length * attenuation/length - Vid_min

         =  10^((20log(.59) - 50(.085))/20) - 150 mv       =  361 mv
  in dB:
         =  20log(.361) - 20log(.15)

電壓為25度Celcius。Vcm_max被選擇為在飽和點Vih = -0.4伏特以下100 mv。

10H125差分接收器具有+5 Vdc電源，可以處理其輸入上的較大正偏差。10H125的噪音邊界效能為：

NMcm+  =  Vcm_max - Voh_max  =   1.19 Vdc - (-0.81 Vdc)

所有零件的NMcm-和NMdiff都相同。要允許使用所有接收器，接收器的最壞情況下共模雜訊必須限制為310 mvdc。

將公共模式範圍Vcm_max到Vcm_min解釋為可以施加到接收器的輸入的絕對電壓的最大範圍，與施加的差分電壓無關。訊號電壓範圍Voh_max到Vol_min表示發射器將產生的絕對電壓的最大範圍。這兩個範圍之間的差異表示共模雜訊邊界NMcm+和NMcm-，其中NMcm+是加性共模雜訊的最大偏移，NMcm-是減法共模雜訊的最大偏移。

對於五條50英呎雙絞線接地，需要使用共模雜訊餘量所需的接地環路電流為：

        I_ground  =  NMcm+ / (cable_resistance/5 pairs)

                  =  (310 mVdc) / (70 mohms/foot x 50 feet / 10 wires)

                  =  0.9 amps dc

正常操作條件下絕不能出現此電流量。

共模雜訊對差分雜訊邊界Vdf_app的影響可忽略不計。相反，Vdf_app會受到發射器電源導軌一側引入的噪音的影響。ECL Vcc的電源抑制比(PSRR)為0 dB，而ECL Vee的PSRR約為38 dB。因此，為了最小化差分雜訊，Vcc接地，Vee連線到負電源。

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