專利名稱：用于1000base-t和10gbase-t的長距離以太網(wǎng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及數(shù)據(jù)通信。更具體而言，本發(fā)明涉及增加1000BASE-T和 1OGBASE-T以太網(wǎng)的距離。
背景技術：
如IEEE 802. 310/100/1000/10GBASE-T標準所指定的，使用以太網(wǎng)通過雙絞線的 數(shù)據(jù)通信目前限于100米的距離。然而，新的應用已經(jīng)出現(xiàn)，除數(shù)據(jù)速率超過IOOMbps以 外，還要求大于100米的距離。例如，多輸入多輸出(MIMO)無線接入點經(jīng)常要求具有大于 IOOMbps的速度的以太網(wǎng)連接，并且被部署在要求以太網(wǎng)線纜長度大于100米的位置。傳統(tǒng)解決方案包括改變導線或線纜的數(shù)量、改變所用的信令等等。然而，這些解決 方案每個都遇到了諸如復雜性增加、半導體管芯面積增加、功耗增加等等的問題。

發(fā)明內容
總的說來，在一個方面，一個實施例的特征在于一種物理層設備(PHY)，該PHY包 括數(shù)據(jù)速率模塊，用于選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N，其中N是正整數(shù)或者大于或等于1的實數(shù)中 的至少一種；以及PHY核心，該PHY核心包括用于以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率發(fā)送第一信號的 PHY發(fā)送模塊，以及用于以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率接收第二信號的PHY接收模塊；其中第一 和第二信號遵從如下兩種標準中的至少一種1000BASE-T，其中M = 1，以及10GBASE-T，其 中 M = 10。PHY的實施例可包括一個或多個以下特征。一些實施例包括線纜測量模塊，用于測 量傳輸?shù)谝恍盘柡偷诙盘柕木€纜的一個或多個特性；其中數(shù)據(jù)速率模塊基于線纜的一個 或多個特性來選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。在一些實施例中，線纜的一個或多個特性包括線纜的長 度或者線纜的信號傳輸質量中的至少一個。一些實施例包括時鐘減慢電路，用于基于基準 時鐘速率生成本地時鐘速率，其中基準時鐘速率對本地時鐘速率的比率是N ；其中PHY核心 根據(jù)本地時鐘速率操作。一些實施例包括物理編碼子層(PCS)發(fā)送模塊，用于以125Mbaud 的符號速率生成PAM-5符號；以及符號發(fā)送模塊，用于針對每個PAM-5符號為N個連續(xù)符 號時段生成PAM-5線路信號。在一些實施例中，每個所生成的PAM-5線路信號的電平表示 相應的PAM-5符號。在一些實施例中，每個所生成的PAM-5線路信號的電平表示在連續(xù)的PAM-5符號之間的插值。一些實施例包括線纜接收模塊，用于基于第二信號生成PAM-5線 路信號；以及符號接收模塊，用于為每個PAM-5線路信號的每N個連續(xù)符號時段生成一個 PAM-5符號。一些實施例包括網(wǎng)絡接口模塊，該網(wǎng)絡接口模塊包括PHY ；以及媒體訪問控制 器，用于向PHY模塊提供第一數(shù)據(jù)，并且從PHY接收第二數(shù)據(jù)。在一些實施例中，網(wǎng)絡接口 模塊還包括先進先出緩沖器(FIFO)，用于存儲從媒體訪問控制器接收的第一數(shù)據(jù)；以及流 控制電路，用于當存儲在FIFO中的第一數(shù)據(jù)的量超過預定閾值時向媒體訪問控制器發(fā)送 暫停信號。一些實施例包括網(wǎng)絡設備，該網(wǎng)絡設備包括網(wǎng)絡接口模塊。在一些實施例中，網(wǎng) 絡設備選自由網(wǎng)絡交換機、路由器以及網(wǎng)絡接口控制器所組成的組?？偟恼f來，在一個方面，一個實施例的特征在于一種方法，包括選擇數(shù)據(jù)速率除 數(shù)N，其中N是正整數(shù)或者大于或等于1的實數(shù)中的至少一種；以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率發(fā) 送第一信號；以及以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率接收第二信號；其中第一和第二信號遵從如下兩 種標準中的至少一種:1000BASE-T，其中M=I,以及10GBASE-T，其中M = 10。所述方法的實施例可包括一個或多個以下特征。一些實施例包括測量傳輸?shù)谝恍?號和第二信號的線纜的一個或多個特性；以及基于線纜的一個或多個特性來選擇數(shù)據(jù)速率 除數(shù)N。在一些實施例中，線纜的一個或多個特性包括線纜的長度或者線纜的信號傳輸質量 中的至少一個。一些實施例包括基于基準時鐘速率生成本地時鐘速率，其中基準時鐘速率 對本地時鐘速率的比率是N;其中根據(jù)本地時鐘速率發(fā)送第一信號；并且其中根據(jù)本地時 鐘速率接收第二信號。一些實施例包括以125Mbaud的符號速率生成PAM-5符號；以及針對 每個PAM-5符號為N個連續(xù)符號時段生成PAM-5線路信號。在一些實施例中，每個所生成 的PAM-5線路信號的電平表示相應的PAM-5符號。在一些實施例中，每個所生成的PAM-5 線路信號的電平表示在連續(xù)的PAM-5符號之間的插值。一些實施例包括基于第二信號生成 PAM-5線路信號；以及為每個PAM-5線路信號的每N個連續(xù)符號時段生成一個PAM-5符號。 一些實施例包括在先進先出緩沖器(FIFO)中存儲通過第一信號表示的數(shù)據(jù)；以及當存儲 在FIFO中的數(shù)據(jù)量超過預定閾值時發(fā)送暫停信號。在附圖和以下描述中陳述了一個或多個實現(xiàn)方式的詳情。從下面的描述和附圖 中，以及從權利要求中，其他特征將會是清楚的。


圖1描繪了根據(jù)一個實施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。圖2示出了具有包括圖1的PHY和MAC的網(wǎng)絡接口模塊的交換機。圖3示出了具有包括圖1的PHY和MAC的網(wǎng)絡接口模塊的路由器。圖4示出了具有包括圖1的PHY和MAC的網(wǎng)絡接口模塊的NIC。圖5示出了根據(jù)一個實施例的用于圖1的PHY的過程。圖6示出了在PHY中增加了線纜測量模塊的圖1的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。圖7示出了根據(jù)一個實施例的用于圖6的PHY的過程。圖8示出了在PHY中增加了時鐘減慢電路的圖1的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。圖9示出了根據(jù)一個實施例的用于圖8的PHY的過程。圖10描繪了根據(jù)一個實施例的1000BASE-T數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。圖11示出了根據(jù)一個實施例的用于圖10的PHY的過程。
圖12描繪了根據(jù)一個實施例的圖11的PHY的進一步詳情。圖13示出了根據(jù)一個實施例的圖12的符號發(fā)送器的詳情。圖14示出了根據(jù)一個實施例的圖12的符號接收器的詳情。圖15示出了根據(jù)使用帶內流控制的實施例的圖1的MAC和PHY的簡化視圖。圖16示出了根據(jù)一個實施例的用于圖1的PHY的帶內信令過程。圖17示出了根據(jù)一個實施例的用于圖1的PHY的自動協(xié)商(autonegotiation) 過程。用在此說明書中的每個參考數(shù)字的開頭一位或幾位指示了該參考數(shù)字第一次出 現(xiàn)的附圖的號碼。
具體實施例方式本發(fā)明的主題涉及增加1000BASE-T和10GBASE-T以太網(wǎng)的距離，也就是說，增加 lOOOBASE-I^P 10GBASE-T以太網(wǎng)可在其上操作的線纜長度。根據(jù)這里所公開的各種實施 例，降低了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)速率，同時保持1000BASE-T和/或10GBASE-T的其他方面，諸如 物理編碼子層(PCS)、錯誤校正和信令方案，從而允許指定用于lOOOBASE-I^P 10GBASE-T的 線纜長度大于100米。圖1描繪了根據(jù)一個實施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100。基于這里提供的公開和教導， 相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100的元素按一 種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以以其他布置為特征。例如，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100的元素可以 以硬件、軟件或它們的組合的形式實現(xiàn)。在一些實施例中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100以其他方式與 IEEE標準802. 3的全部或部分(包括草案和被批準的修改)相符合。參考圖1，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100包括物理層設備(PHY) 102、媒體訪問控制器(MAC) 104 和線纜106。PHY 102包括PHY核心108和選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N的數(shù)據(jù)速率模塊116。數(shù)據(jù) 速率除數(shù)N可手工選擇。PHY核心108包括PHY發(fā)送模塊110和PHY接收模塊112。圖1的PHY 102可實現(xiàn)在網(wǎng)絡接口模塊中。網(wǎng)絡接口模塊可實現(xiàn)在諸如交換機、路 由器、網(wǎng)絡接口控制器(NIC)等等的網(wǎng)絡設備中。圖2示出了具有包括圖1的PHY 102和 MAC 104的網(wǎng)絡接口模塊202的交換機200。圖3示出了具有包括圖1的PHY 102和MAC 104的網(wǎng)絡接口模塊302的路由器300。圖4示出了具有包括圖1的PHY 102和MAC 104 的網(wǎng)絡接口模塊402的NIC 400。圖5示出了根據(jù)一個實施例的用于圖1的PHY 102的過程500?；谶@里提供的 公開和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，過程500的元素按 照一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以以其他布置為特征。例如，在各種實施例中，過程500 的一些或所有步驟可以按不同順序執(zhí)行，同時執(zhí)行，等等。參考圖5，數(shù)據(jù)速率模塊116選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N (步驟502)。數(shù)據(jù)速率除數(shù)N可 以是正整數(shù)或是大于或等于1的實數(shù)。數(shù)據(jù)速率除數(shù)N可手工選擇。例如，數(shù)據(jù)速率除數(shù) 可被設置在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100等的寄存器中。PHY 102 從 MAC 104 接收數(shù)據(jù)字(data word) 130 (步驟 504)。PHY 發(fā)送模塊以 M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率通過線纜106發(fā)送表示數(shù)據(jù)字130的信號138 (步驟506)。對于 1000BASE-T,M = 1。對于10GBASE_T，M = 10。其效果是將所發(fā)送的數(shù)據(jù)速率從1000BASE-T或10GBASE-T的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍。PHY接收模塊112以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率通過線纜106接收表示數(shù)據(jù)字146的信 號 140(步驟 508)。對于 1000BASE-T，M = 1。對于 10GBASE_T，M = 10。PHY 102 基于信號 140生成數(shù)據(jù)字146 (步驟510)，并且向MAC 104提供數(shù)據(jù)字146 (步驟512)。其效果是適 應了被從1000BASE-T或10GBASE-T的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍的所接收的數(shù)據(jù)速率。在一些實施例中，數(shù)據(jù)速率模塊116基于線纜106的一個或多個特性來選擇數(shù)據(jù) 速率除數(shù)N。圖6示出了在PHY 102中增加了線纜測量模塊602的圖1的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 100。圖7示出了根據(jù)一個實施例的用于圖6的PHY 102的過程700。參考圖7，PHY 102 的線纜測量模塊602測量線纜106的一個或多個特性(步驟702)。線纜測量模塊602所測 量的特性可包括線纜106的長度、線纜106的信號傳輸質量等。用于測量線纜106的長度 的技術被公開在于2006年11月10日遞交的、申請?zhí)朜o. 11/595,053的美國專利申請中， 該美國專利申請的公開通過引用全部并入于此。對線纜106的信號傳輸質量的測量可包括 對線纜接收模塊128等通過線纜106接收的信號的“眼睛”張開程度的測量。基于所測量的線纜106的特性，PHY 102的數(shù)據(jù)速率模塊116選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù) N(步驟704)。數(shù)據(jù)速率除數(shù)N可以是正整數(shù)或是大于或等于1的實數(shù)。數(shù)據(jù)速率除數(shù)N 可手工選擇。例如，數(shù)據(jù)速率除數(shù)可被設置在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100等的寄存器中?；蛘?，數(shù)據(jù)速率除數(shù)N可使用自動協(xié)商過程來選擇。例如，自動協(xié)商過程可包括 IEEE nextPage 自動協(xié)商、諸如鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議(Link LayerDiscovery Protocol) (LLDP) 之類的高級別軟件等。下面描述一個示例性的自動協(xié)商過程。PHY 102從MAC 104接收數(shù)據(jù)字130 (步驟706)。PHY發(fā)送模塊以M/N Gbps的數(shù) 據(jù)速率通過線纜106發(fā)送表示數(shù)據(jù)字130的信號138 (步驟708)。對于1000BASE-T，M = 1。對于10GBASE-T，M = 10。其效果是將所發(fā)送的數(shù)據(jù)速率從1000BASE-T或10GBASE-T的 數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍。PHY接收模塊112以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率通過線纜106接收表示數(shù)據(jù)字146的信 號 140 (步驟 710)。對于 1000BASE-T，M = 1。對于 10GBASE-T，M = 10。PHY 102 基于信 號140生成數(shù)據(jù)字146，并且向MAC 104提供數(shù)據(jù)字146 (步驟712)。其效果是適應了被從 1000BASE-T或10GBASE-T的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍的所接收的數(shù)據(jù)速率。PHY 102根據(jù)本地時鐘操作。在一些實施例中，數(shù)據(jù)速率除數(shù)N用來減慢PHY 102 的本地時鐘。在這些實施例中，包括模擬和數(shù)字部分的PHY核心108被減慢了因數(shù)N倍。其 效果是將所發(fā)送的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍，并且適應了被降低了因數(shù)N倍的所接收的數(shù) 據(jù)速率。圖8示出了在PHY 102中增加了時鐘減慢電路802的圖1的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100。圖9示出了根據(jù)一個實施例的用于圖8的PHY 102的過程900。參考圖9，數(shù)據(jù)速 率模塊116選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N (步驟902)。數(shù)據(jù)速率除數(shù)N可以是正整數(shù)或是大于或等 于1的實數(shù)。數(shù)據(jù)速率除數(shù)N可手工選擇。例如，數(shù)據(jù)速率除數(shù)可被設置在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 100等的寄存器中?；蛘撸缫陨蠀⒖紙D6和圖7所描述的，數(shù)據(jù)速率模塊116可基于線纜 106的一個或多個特性來選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。時鐘減慢電路802基于基準時鐘806和時鐘除數(shù)N而生成本地時鐘804，其中基準 時鐘速率對本地時鐘速率的比率是N (步驟904)。PHY102根據(jù)本地時鐘804操作。基準時
8鐘806可以是125MHz GMII時鐘或其他時鐘。PHY 102從MAC 104接收數(shù)據(jù)字130 (步驟906)。PHY發(fā)送模塊以M/N Gbps的數(shù) 據(jù)速率通過線纜106發(fā)送表示數(shù)據(jù)字130的信號138 (步驟908)。對于1000BASE-T，M = 1。對于10GBASE-T，M = 10。其效果是將所發(fā)送的數(shù)據(jù)速率從1000BASE-T或10GBASE-T的 數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍。PHY接收模塊112以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率通過線纜106接收表示數(shù)據(jù)字146的信 號 140(步驟 910)。對于 1000BASE-T，M = 1。對于 10GBASE_T，M = 10。PHY 102 基于信號 140生成數(shù)據(jù)字146 (步驟912)，并且向MAC 104提供數(shù)據(jù)字146 (步驟914)。其效果是適 應了被從1000BASE-T或10GBASE-T的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍的所接收的數(shù)據(jù)速率。在一些1000BASE-T實施例中，PHY核心108內的數(shù)字機制被用來降低發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)速率。圖10描繪了根據(jù)一個實施例的1000BASE-T數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1000?；谶@里提 供的公開和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1000的元素按一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以以其他布置為特征。例如，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1000的元素可以以硬件、軟件或它們的組合的形式實現(xiàn)。在一些實施例中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1000以其他方式與IEEE標準802. 3的全部或部分(包括草案和被批準的修改)相符合。此 外，雖然參考1000BASE-T以太網(wǎng)描述了這些實施例，但是很容易將它們擴展至10GBASE-T 以太網(wǎng)。參考圖10，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1000包括物理層設備(PHY) 102、媒體訪問控制器 (MAC) 104和線纜106。PHY 102包括PHY核心108、線纜測量模塊114和數(shù)據(jù)速率模塊116。 PHY核心108包括與MAC 104通信的物理編碼子層(PCS)模塊1008、與PCS模塊1008通信 的符號模塊1010、以及與符號模塊1010通信的線纜模塊1012，并且通過線纜106與鏈路伙 伴(未示出)通信。PCS模塊1008包括PCS發(fā)送模塊1018和PCS接收模塊1020。符號模塊1010包 括符號發(fā)送模塊1022和符號接收模塊1024。線纜模塊1012包括線纜發(fā)送模塊1026和線 纜接收模塊1028。PCS發(fā)送模塊1018、符號發(fā)送模塊1022和線纜發(fā)送模塊1026 —起被稱 為PHY發(fā)送模塊110。PCS接收模塊1020、符號接收模塊1024和線纜接收模塊1028 —起被 稱為PHY接收模塊112。圖11示出了根據(jù)一個實施例的用于圖10的PHY 102的過程1100?；谶@里提供 的公開和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，過程1100的元 素按一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以以其他布置為特征。例如，在各種實施例中，過程 1100的一些或所有步驟可以以不同的順序執(zhí)行，同時執(zhí)行，等等。參考圖11，PHY 102的線纜測量模塊114測量線纜106的一個或多個特性(步 驟1102)。線纜測量模塊114所測量的特性可包括線纜106的長度、線纜106的信號傳輸 質量等。用于測量線纜106的長度的技術被公開在于2006年11月10日遞交的、申請?zhí)?No. 11/595，053的美國專利申請中，該美國專利申請的公開通過引用全部并入于此。對線纜 106的信號傳輸質量的測量可包括對線纜接收模塊128等通過線纜106接收的信號的“眼 睛”張開程度的測量?；谒鶞y量的線纜106的特性，PHY 102的數(shù)據(jù)速率模塊116選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù) N(步驟1104)。在一些實施例中，N是正整數(shù)。在一些實施例中，N是大于或等于1的實
9數(shù)。在一個實施例中，數(shù)據(jù)速率模塊116基于線纜測量模塊114所測量的線纜106的長度 來選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。例如，當線纜106的長度沒有超過1000BASE-T所指定的最大長度 100米時，數(shù)據(jù)速率模塊116可選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N = 1，從而導致1000BASE-T數(shù)據(jù)速率 為lGbps。當線纜106的長度超過100米時，數(shù)據(jù)速率模塊116可為N選擇更大的值。在 一個實施例中，可選的數(shù)據(jù)速率除數(shù)包括N= 1，N= 10和N= 100，分別導致數(shù)據(jù)速率為 lGbps、IOOMbps和10Mbps。在其他實施例中，可選擇任何數(shù)據(jù)速率。例如，對于300米的線 纜長度，可選擇500Mbps的數(shù)據(jù)速率。在另一個實施例中，數(shù)據(jù)速率模塊116基于線纜測量模塊114所測量的線纜106 的信號傳輸質量來選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。例如，當對信號傳輸質量的測量值超過第一預定 閾值時，數(shù)據(jù)速率模塊116可選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N = 1，從而導致1000BASE-T數(shù)據(jù)速率為 lGbps。當信號傳輸質量降低時，數(shù)據(jù)速率模塊116可為N選擇更大的值。在發(fā)送側，PHY 102的PCS模塊1008從MAC 104接收八比特的數(shù)據(jù)字130 (步驟 1106)?；诿總€八比特數(shù)據(jù)字130，PCS發(fā)送模塊1018生成四個三比特的脈沖幅度調制 (PAM-5)符號132 (步驟1108)?；赑AM-5符號132和所選的數(shù)據(jù)速率除數(shù)N，符號模塊 1010的符號發(fā)送模塊1022提供PAM-5線路信號134(步驟1110)，其中如下詳細所述，PAM-5 線路信號134以125/N Mbaud表示PAM-5符號132。線纜模塊1012的線纜發(fā)送模塊1026 通過線纜106發(fā)送1000BASE-T信號138 (步驟1112)，其中1000BASE-T信號138表示PAM-5 線路信號134。其結果是PHY 102利用1000BASE-T信令以1/N Gbps的數(shù)據(jù)速率傳送了數(shù) 據(jù) 130。在接收側，線纜模塊1012通過線纜106接收1000BASE-T信號140 (步驟1114)?；?于1000BASE-T信號140，線纜模塊1012的線纜接收模塊1028提供PAM-5線路信號142 (步 驟1116)。符號模塊1010的符號接收模塊1024基于PAM-5線路信號142提供PAM-5符號 144 (步驟1118)，其中PAM-5線路信號142以125/N Mbaud表示PAM-5符號144。PCS模塊 1008的PCS接收模塊1020基于PAM-5符號144生成八比特的數(shù)據(jù)字146 (步驟1120)，并 且向MAC 104提供數(shù)據(jù)字146 (步驟1122)。其結果是PHY 102利用1000BASE-T信令以1/ N Gbps的數(shù)據(jù)速率接收了數(shù)據(jù)146。圖12描繪了根據(jù)一個實施例的圖11的PHY 102的進一步詳情?；谶@里提供的 公開和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，PHY 102的元素按 一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以以其他布置為特征。例如，PHY 102的元素可以以硬件、 軟件或它們的組合的形式實現(xiàn)。參考圖12，符號模塊1010的符號發(fā)送模塊1022包括四個符號發(fā)送器1202A-D，同 時符號模塊1010的符號接收模塊1024包括四個符號接收器1204A-D。線纜模塊1012的線 纜發(fā)送模塊1026包括四個線纜發(fā)送器1206A-D，同時線纜模塊1012的線纜接收模塊1028 包括四個線纜接收器1208A-D。線纜106包括四根雙絞銅導線1210A-D。在發(fā)送側，基于從MAC 104接收的每個八比特的數(shù)據(jù)字130，PCS發(fā)送模塊1018 分別向符號發(fā)送器1202A-D提供四個三比特的PAM-5符號132A-D。下面在表1中示出了 PAM-5符號和PAM-5線路信號電平之間的對應關系?；赑AM-5符號132和所選的數(shù)據(jù)速 率除數(shù)N，每個符號發(fā)送模塊1202A-D向各自的線纜發(fā)送器1206A-D提供各自的PAM-5線 路信號134A-D。PAM-5線路信號134A-D以125/N Mbaud表示PAM-5符號132A-D?；赑AM-5線路信號134，每個線纜發(fā)送模塊1026A-D分別通過線纜106的雙絞線1210A-D提供 1000BASE-T 信號 138A-D。
表 1在接收側，線纜接收器1208A-D分別通過線纜106的雙絞線1210A-D接收 1000BASE-T信號140A-D?；?000BASE-T信號140，線纜接收器1208A-D分別向符號接收 器1204A-D提供PAM-5線路信號142A-D。基于PAM-5線路信號142，符號接收器1204A-D分 別生成PAM-5符號144A-D。PAM-5線路信號142以125/N Mbaud表示PAM-5符號144?；?于每組的四個PAM-5符號144A-D，PCS接收模塊1020向MAC 104提供八比特的數(shù)據(jù)字146。圖13示出了根據(jù)一個實施例的圖12的符號發(fā)送器1202A的詳情。符號發(fā)送器 1202B-D可以以類似的方式實現(xiàn)?；谶@里提供的公開和教導，相關領域的技術人員將會清 楚，雖然在所描述的實施例中，符號發(fā)送器1202A的元素按一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例 可以以其他布置為特征。例如，符號發(fā)送器1202A的元素可以以硬件、軟件或它們的組合的 形式實現(xiàn)。參考圖13，符號發(fā)送器1202A包括發(fā)送過濾器1302A。對于每個從PCS發(fā)送模 塊1018接收的PAM-5符號132A，發(fā)送過濾器1302A為N1000BASE-T符號時段生成相應的 PAM-5線路信號134A，其中N是所選的數(shù)據(jù)速率除數(shù)，并且1000BASE-T符號時段是8ns。對 于IGbps的全數(shù)據(jù)速率操作，N= I0 N的值可由數(shù)據(jù)速率模塊116提供，或者可被實現(xiàn)為 圖8的時鐘減慢電路802。在一些實施例中，發(fā)送過濾器1302A包括復制模塊1304。復制模塊1304為相應 的N 1000BASE-T符號時段生成表示每個PAM-5符號132A的PAM-5線路信號134A的電平。 此技術有效地提供了每個PAM-5符號132A的N個連續(xù)副本，從而將1000BASE-T的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍。在一些實施例中，發(fā)送過濾器1302A包括插值模塊1306。插值模塊1304為相應 的N 1000BASE-T符號時段生成表示在連續(xù)的PAM-5符號132A之間的插值的PAM-5線路信 號134A的電平。這些插值也將1000BASE-T的數(shù)據(jù)速率降低了因數(shù)N倍，并且為傳輸產(chǎn)生 了更平滑的曲線。圖14示出了根據(jù)一個實施例的圖12的符號接收器1204A的詳情。符號接收器 1204B-D可以以類似的方式實現(xiàn)?；谶@里提供的公開和教導，相關領域的技術人員將會清 楚，雖然在所描述的實施例中，符號接收器1204A的元素按一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例 可以以其他布置為特征。例如，符號接收器1204A的元素可以以硬件、軟件或它們的組合的 形式實現(xiàn)。參考圖14，符號接收器1204A包括接收過濾器1402A。接收過濾器1402A為PAM-5 線路信號142A的每個N 1000BASE-T符號時段生成一個PAM-5符號144A，其中N是所選的 數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。對于IGbps的全數(shù)據(jù)速率操作，N= 1。N的值可由數(shù)據(jù)速率模塊116提 供，或者可被實現(xiàn)為圖8的時鐘減慢電路802。在一些實施例中，接收過濾器1402A包括采樣模塊1412。接收過濾器1402A可基 于PAM-5線路信號142A而為每個1000BASE-T符號時段生成內部PAM-5符號，然后采樣模 塊1412可向PCS模塊1008提供每第N個內部PAM-5符號作為PAM-5符號144A。在一些實施例中，接收過濾器1402A包括函數(shù)模塊1414。函數(shù)模塊1414在N 1000BASE-T符號時段期間生成每個PAM-5符號144A作為PAM-5線路信號142A的電平的函 數(shù)。例如，可在N 1000BASE-T符號時段期間基于PAM-5線路信號142A的電平的平均而生 成每個PAM-5符號144A。也可預期其他函數(shù)。再參考圖1，各種技術可被用來當PHY 102正以降低的數(shù)據(jù)速率操作時允許MAC 104與PHY 102—起操作。例如，MAC 104可根據(jù)所選的數(shù)據(jù)速率除數(shù)N來調節(jié)它的時鐘速率。在一個1000BASE-T的示例中，PHY 102可以以所選的IOOMbps的數(shù)據(jù)速率操作， 同時MAC 104以100Mbps GMII數(shù)據(jù)速率操作。與標準100BASE-TX相比，此方法的優(yōu)點是 當線纜106的長度超過100米時性能可超過100BASE-TX的性能。作為另一個示例，MAC 104可使用數(shù)據(jù)字復制以降低對PHY 102的數(shù)據(jù)傳送的有 效速率。根據(jù)這樣的實施例，MAC 104和PHY 102之間的鏈路以全速運行(也就是說，對于 1000BASE-T 為 lGbps，對于 10GBASE-T 為 lOGbps)，并 MAC 104 向 PHY 102 將每個數(shù)據(jù)字發(fā)送 N次，從而導致有效數(shù)據(jù)速率對于1000BASE-T為1/N Gbps，對于10GBASE-T為10/N Gbps0作為另一個示例，PHY 102和MAC 104可使用流控制來以不同的數(shù)據(jù)速率操作。此 技術允許MAC 104以1000Mbps、IOOMbps等的標準GMII數(shù)據(jù)速率從主機接收數(shù)據(jù)，同時PHY 102可以以其他數(shù)據(jù)速率操作。在一些實施例中，MAC 104和PHY 102使用帶外流控制。例如，PHY 102可利用一 個或多個專用引腳向MAC 104提供流控制信號。在其他實施例中，MAC 104和PHY 102使用 帶內流控制。圖15示出了根據(jù)使用帶內流控制的實施例的圖1的MAC 104和PHY 102的 簡化視圖。參考圖15，PHY 102包括存儲從MAC 104接收的數(shù)據(jù)130的第一先進先出緩沖器(FIFO) 1520，以及當存儲在FIFO 1502中的數(shù)據(jù)130的量超過預定閾值時向MAC 104發(fā)送 暫停信號1506的流控制電路1504。這樣的流控制技術的進一步詳情被公開在于2007年4 月4日遞交的、申請?zhí)朜o. 11/696，476的美國專利申請中，該美國專利申請的公開通過引用 全部并入于此。在使用線纜長度來選擇數(shù)據(jù)速率的實施例中，可預期兩個鏈路伙伴都將會得到類 似的線纜長度測量值，所以將會選擇相同數(shù)據(jù)速率用于通信。然而，當使用信號傳輸質量來 選擇數(shù)據(jù)速率時，鏈路伙伴可能對信號質量得到不同的測量值。在這些實施例中，鏈路伙伴 可使用帶內信令來確保兩個鏈路伙伴都選擇相同數(shù)據(jù)速率。圖16示出了根據(jù)一個實施例的用于圖1的PHY 102的帶內信令過程1600。PHY 102的鏈路伙伴可使用類似的過程。基于這里提供的公開和教導，相關領域的技術人員將會 清楚，雖然在所描述的實施例中，過程1600的元素按一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以 以其他布置為特征。例如，在各種實施例中，過程1600的一些或所有步驟可以以不同的順 序執(zhí)行，同時執(zhí)行，等等。參考圖16，PHY 102首先選擇IGbps的全數(shù)據(jù)速率(步驟1602)。如果信號質量 足夠(步驟1604)，并且鏈路伙伴報告了足夠的信號質量(步驟1606)，那么過程1600結 束(步驟1608)。但是如果信號質量不夠(步驟1604)，那么PHY 102通知鏈路伙伴(步驟 1610)并且在再次檢查信號質量(步驟1604)之前將數(shù)據(jù)速率降低預定量(步驟1612)。 此外，如果鏈路伙伴報告了信號質量不夠(步驟1606)，那么PHY 102降低數(shù)據(jù)速率(步驟 1612)并且再次檢查信號質量(步驟1604)。圖17示出了根據(jù)一個實施例的用于圖1的PHY 102的自動協(xié)商過程1700。PHY 102的鏈路伙伴可使用類似的過程。基于這里提供的公開和教導，相關領域的技術人員將會 清楚，雖然在所描述的實施例中，過程1700的元素按一種布置呈現(xiàn)，但是其他實施例可以 以其他布置為特征。例如，在各種實施例中，過程1700的一些或所有步驟可以以不同的順 序執(zhí)行，同時執(zhí)行，等等。參考圖17，PHY 102和它的鏈路伙伴選擇表示了 PHY 102可支持的最大速度的最 小數(shù)據(jù)速率除數(shù)mmin (步驟1702)。例如，PHY 102可使用用于選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N的上 述技術。鏈路伙伴也選擇最小數(shù)據(jù)速率除數(shù)N2min。PHY 102具有通過最大數(shù)據(jù)速率除數(shù)mmax來表示的預定最小支持速度。鏈路伙 伴也具有通過最大數(shù)據(jù)速率除數(shù)N2maX來表示的預定最小支持速度。在自動協(xié)商期間，PHY 102和它的鏈路伙伴互相通知它們的Nmin和Nmax的值(步驟1704)。如果(Nlmax < N2min)或(N2max < Nlmin)(步驟1706)，那么沒有共同速度，并且 過程1700結束(步驟1708)。否則，PHY 102和它的鏈路伙伴都選擇作為Nlmin和N2min 的更大者的共同數(shù)據(jù)速率除數(shù)N(步驟1710)。過程1700結束(步驟1708)。各種實施例可以以數(shù)字電子電路的形式，或者以計算機硬件、固件、軟件形式，或 者以它們的組合的形式實現(xiàn)。該裝置可實現(xiàn)在有形地實施在機器可讀存儲裝置中的、用于 通過可編程處理器來執(zhí)行的計算機程序產(chǎn)品中；并且這些方法步驟可通過執(zhí)行指令程序的 可編程處理器來執(zhí)行，該指令程序通過操作輸入數(shù)據(jù)并生成輸出來執(zhí)行功能。該實施例可 實現(xiàn)在可編程系統(tǒng)可執(zhí)行的一個或多個計算機程序中，該可編程系統(tǒng)包括至少一個所耦合 的、用于從數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)和指令并且向數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)和指令的可編程處理器，至少一個輸入設備以及至少一個輸出設備。如果需要的話，每個計算機程序可用高 級過程性的或面向對象的編程語言，或者用匯編或機器語言來實現(xiàn)；并且在任何情況下，語 言可以是被編譯的或被解釋的語言。合適的處理器例如包括通用和專用微處理器。一般 而言，處理器將會從只讀存儲器和/或隨機存取存儲器接收指令和數(shù)據(jù)。一般而言，計算機 將會包括用于存儲數(shù)據(jù)文件的一個或多個大容量存儲器件；這樣的器件包括磁盤，諸如內 部硬盤和可移動盤；磁光盤；以及光盤。適用于有形地實施計算機程序指令和數(shù)據(jù)的存儲 器件包括所有形式的非易失性存儲器，例如包括半導體存儲器器件，諸如EPROM、EEPROM和 閃存器件；磁盤，諸如內部硬盤和可移動盤；磁光盤；以及CD-ROM盤。上述任何內容可通過 ASIC(專用集成電路)來補充，或者可被并入ASIC中。 已描述了一些實現(xiàn)方式。然而，將會被理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下 可進行各種修改。因此，其他實現(xiàn)方式也在權利要求的范圍內。
權利要求
一種物理層設備PHY，包括數(shù)據(jù)速率模塊，用于選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N，其中N是正整數(shù)或者大于或等于1的實數(shù)中的至少一種；以及PHY核心，包括PHY發(fā)送模塊，用于以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率發(fā)送第一信號，以及PHY接收模塊，用于以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率接收第二信號；其中所述第一和第二信號遵從如下兩種標準中的至少一種1000BASE T，其中M＝1，以及10GBASE T，其中M＝10。
2.如權利要求1所述的PHY，還包括線纜測量模塊，用于測量傳輸所述第一信號和所述第二信號的線纜的一個或多個特性；其中所述數(shù)據(jù)速率模塊基于所述線纜的一個或多個特性來選擇所述數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。
3.如權利要求2所述的PHY，其中所述線纜的一個或多個特性包括如下特性中的至少 一個所述線纜的長度；或者 所述線纜的信號傳輸質量。
4.如權利要求1所述的PHY，還包括時鐘減慢電路，用于基于基準時鐘速率生成本地時鐘速率，其中所述基準時鐘速率對 所述本地時鐘速率的比率是N ；其中所述PHY核心根據(jù)所述本地時鐘速率操作。
5.如權利要求1所述的PHY，還包括物理編碼子層PCS發(fā)送模塊，用于以125Mbaud的符號速率生成脈沖幅度調制PAM-5符 號；以及符號發(fā)送模塊，用于針對每個所述PAM-5符號為N個連續(xù)符號時段生成PAM-5線路信號。
6.如權利要求5所述的PHY其中每個所生成的PAM-5線路信號的電平表示相應的PAM-5符號。
7.如權利要求5所述的PHY其中每個所生成的PAM-5線路信號的電平表示在連續(xù)的所述PAM-5符號之間的插值。
8.如權利要求1所述的PHY，還包括線纜接收模塊，用于基于所述第二信號生成脈沖幅度調制PAM-5線路信號；以及 符號接收模塊，用于為每個所述PAM-5線路信號的每N個連續(xù)符號時段生成一個PAM-5 符號。
9.一種網(wǎng)絡接口模塊，包括 如權利要求1所述的PHY ；以及媒體訪問控制器，用于向所述PHY模塊提供第一數(shù)據(jù)，并且從所述PHY接收第二數(shù)據(jù)。
10.如權利要求9所述的網(wǎng)絡接口模塊，還包括先進先出緩沖器(FIFO)，用于存儲從所述媒體訪問控制器接收的第一數(shù)據(jù)；以及流控制電路，用于當存儲在所述FIFO中的第一數(shù)據(jù)的量超過預定閾值時向所述媒體 訪問控制器發(fā)送暫停信號。
11.一種網(wǎng)絡設備，包括如權利要求9所述的網(wǎng)絡接口模塊。
12.如權利要求11所述的網(wǎng)絡設備，其中所述網(wǎng)絡設備選自由如下設備組成的組 網(wǎng)絡交換機；路由器；以及 網(wǎng)絡接口控制器。
13.一種方法，包括選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N，其中，N至少是下列之一正整數(shù)，或者大于或等于1的實數(shù)；以速率M/N Gbps發(fā)送第一信號；以及以速率M/N Gbps接收第二信號，其中，第一和第二信號至少遵照至少下述之一1000BASE-T，其中 M=I,以及10GBASE-T，其中 M = 10。
14.如權利要求13所述的方法，還包括測量傳輸?shù)谝缓偷诙盘柕木€纜的一個或多個特征；以及 基于所述線纜的一個或多個特征來選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述線纜的一個或多個特征至少包括下述之一 線纜的長度；或者線纜的信號傳輸質量。
16.如權利要求13所述的方法，還包括基于基準時鐘速率生成本地時鐘速率，其中，所述基準時鐘速率與所述本地時鐘速率 的比率是N，其中，第一信號根據(jù)所述本地時鐘速率發(fā)送；并且第二信號根據(jù)所述本地時鐘速率接收。
17.如權利要求13所述的方法，還包括以符號速率125Mbaud生成脈沖幅度調制PAM-5符號；以及 為每個所述PAM-5符號的N個連續(xù)符號時段生成PAM-5線路信號。
18.如權利要求17所述的方法，其中，每個生成的PAM-5線路信號的電平表示相應的PAM-5符號。
19.如權利要求17所述的方法其中，每個生成的PAM-5線路信號的電平表示連續(xù)PAM-5符號間的插值。
20.如權利要求13所述的方法，還包括基于所述第二信號生成脈沖幅度調制PAM-5線路信號；以及 為每個PAM-5線路信號的每N個連續(xù)符號時段生成一個PAM-5符號。
21.如權利要求13所述的方法，還包括在先進先出緩沖器(FIFO)中存儲由所述第一信號表示的數(shù)據(jù)；以及當存儲在FIFO中的數(shù)據(jù)量超過預定闕值時，發(fā)送暫停信號。
全文摘要
具有相應方法的物理層設備(PHY)包括數(shù)據(jù)速率模塊，用于選擇數(shù)據(jù)速率除數(shù)N，其中N是正整數(shù)或者大于或等于1的實數(shù)中的至少一種；以及PHY核心，該PHY核心包括用于以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率發(fā)送第一信號的PHY發(fā)送模塊，以及用于以M/N Gbps的數(shù)據(jù)速率接收第二信號的PHY接收模塊；其中第一和第二信號遵從如下兩種標準中的至少一種1000BASE-T，其中M＝1，以及10GBASE-T，其中M＝10。
文檔編號H04L5/14GK101897145SQ200880120422
公開日2010年11月24日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權日2007年12月11日
發(fā)明者奧茲戴爾·巴堪, 威廉·洛, 納飛·比沙瑞 申請人:馬維爾國際貿易有限公司