Gigabits door een koperdraadje
Door signalen op een slimme manier te versturen, is zelfs met een goedkoop en slecht koperdraadje 5 Gigabit per seconde haalbaar: tien keer sneller dan de huidige generatie USB-verbindingen. Promovendus Jan-Rutger Schrader van de Universiteit Twente heeft een nieuwe techniek ontwikkeld om vooraf rekening te houden met de beperkingen van de verbinding.
Hij haalt daarmee het uiterste uit een slechte verbinding.
De nieuwe techniek is vooral geschikt voor korte-afstandsverbindingen: van de volgende generatie USB- en FireWire-verbindingen tot aan de verbindingen op een chip, die ook centimeters lang kunnen zijn. Bij steeds hogere snelheden gaan zelfs deze korte verbindingen een echte bottleneck vormen. Investeren in beter geleidende materialen zou een optie zijn, het maximale halen uit bestáánde verbindingen, met een slim chip-ontwerp, is de benadering die Schrader kiest.
Hij doet dit door het signaal van de zender iets te veranderen; aan de kant van de ontvanger verandert niets. Op die manier kan hij verbindingen aan die beduidend slechter zijn dan tot nu toe mogelijk is: verbindingen met maar liefst 30 dB verlies, waar 20 dB tot nu toe de limiet was. De nu behaalde snelheid van 5 Gigabit per seconde is al in lijn met de toekomstige USB3.0-standaard, die over enkele jaren zal verschijnen. De techniek is daarvoor uitermate geschikt, aldus Schrader.
De methode pakt vooral het probleem aan dat slechte verbindingen snelle overgangen niet kunnen bijbenen. Een abrupte overgang in de elektrische spanning van ‘1’ naar ‘0’ verschijnt aan de andere kant van de kabel als een heel geleidelijke (als gevolg van de inductie en capaciteit van de kabel). Dat is ongewenst, want intussen kan alweer een nieuw signaal onderweg zijn, dat dan last ondervindt van het vorige: de ontvanger kan daar al gauw geen wijs meer uit worden. Schrader verbetert dit door direct na iedere ‘1’ kortstondig een negatieve spanning te versturen. Het enige dat ingesteld hoeft te worden, is de zg. duty-cycle. De optimale instelling hangt af van de kwaliteit van de verbinding en is met ‘één knop’ in te stellen.
De aanpak heeft grote voordelen vergeleken met andere filters. Zo werkt Schrader met slechts twee spanningsniveaus, waar andere methoden een trucje uithalen met meerdere spanningsniveaus. Daarmee speelt de promovendus in op de trend dat chips werken op steeds lagere voedingsspanningen. De ruimte om te ‘spelen’ met meerdere niveaus ontbreekt dan simpelweg. De methode van Schrader is voorbereid op de trend dat de schakelsnelheden nog steeds stijgen en heeft het grote voordeel van slechts één instelparameter. De oplossing is bovendien te realiseren met een eenvoudige schakeling die weinig ruimte in beslag neemt op een chip.
Jan-Rutger Schrader (1976) heeft zijn onderzoek verricht in de groep Integrated Circuit Design van prof. Bram Nauta. Deze groep maakt deel uit van het Centrum voor Telematica en Informatietechnologie (CTIT) van de Universiteit Twente. Het onderzoek is gefinancierd door de Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).
Meer info:
www.utwente.nl/nieuws/pers/cont_07-053.doc/