PCI Express in Automobilanwendungen

PCI Express® (PCIe) ist eine der bevorzugten Hochgeschwindigkeitsschnittstellen in der Automobilelektronik. Um Übertragungsfehler auf dem Bus zu vermeiden, sind zuverlässige und robuste Timing-Lösungen mit gut kontrolliertem Jitter erforderlich. Die MEMS-Timing-Lösungen von SiTime erfüllen die Jitter-Anforderungen für PCIe problemlos und mit ausreichend Spielraum. Sie bieten zudem hohe Zuverlässigkeit und Robustheit, ausgezeichnete Stabilität und reduzierte elektromagnetische Störungen.

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Die steigende Nachfrage nach automatisierten Fahrfunktionen (AD) und Fahrerassistenzsystemen (ADAS) in modernen Fahrzeugen führt zu einer zunehmenden Anzahl und Komplexität elektronischer Systeme im Fahrzeug. Die zunehmende Datenmenge, die von zahlreichen Sensoren generiert wird, erfordert Rechenleistung. Oft reicht ein einzelnes SoC nicht aus, um diese Aufgabe zu bewältigen, sodass Coprozessoren zum Einsatz kommen. PCI Express ist eine der gängigen Schnittstellen zur Verbindung dieser Komponenten.

PCI Express (PCIe) ist eine serielle Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle, die 2003 ursprünglich für die Computerindustrie entwickelt wurde. Es handelt sich um einen bidirektionalen Bus, der auf zwei unidirektionalen Lanes (eine in jede Richtung) basiert. Bis zu 16 Lanes können parallel geschaltet werden, um die Übertragungsrate zu erhöhen. Die Übertragungsrate pro Lane entwickelte sich von 2,5 GT/s (GTransfer/s) mit einer Rate von 250 MB/s pro Lane bei PCIe Gen 1 auf 64 GT/s mit einer Rate von 7,56 GB/s bei PCIe Gen 6. PCIe Gen 4 wird derzeit häufig in Automobilsystemen eingesetzt. Gen 4 bietet 16 GT/s mit einer Rate von 1,97 GB/s pro Lane.

PCIe-Taktung

Die PCIe-Schnittstelle benötigt an jedem Busende einen 100-MHz Taktgeber . Dabei sind mehrere Parameter zu berücksichtigen:

• Taktbaum -Architektur: gemeinsame Taktgeber oder separate Referenzen
• Jitter, abhängig von der PCIe-Generation
• Signalisierungstyp: HCSL oder LP-HCSL
• Spread Spectrum zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen
• Frequenzgenauigkeit

Weitere Informationen zu Jitter-Grenzen für die PCIe-Generierung, zur Verwendung von HCSL und LP-HCSL, zur Spread-Spectrum-Taktung im Zusammenhang mit PCIe und zu PCIe-Taktarchitekturen finden Sie in unserem Whitepaper „PCI Express Automotive Timing Solutions“ .

Vorteile von SiTime

• Unterstützt PCIe Gen 1 bis 6; unterstützt gängige Taktgeber, SRNS- und SRIS-Architekturen.
• Taktgeneratoren verfügen über einen internen MEMS-Resonator und benötigen keine externe Referenz.
• Silizium-MEMS- Taktgeber beseitigen das „schwache Glied“ der Quarzresonatoren. Ein MEMS-Resonator ist 50-mal zuverlässiger als ein Quarz.
• Aufgrund ihrer hervorragenden Zuverlässigkeit ( 0,5 FIT, 0,1 DPPM) eignen sich SiTime Bausteine ideal für den Einsatz in Automobil- und funktionalen Sicherheitsanwendungen.
• Bis zu zehnmal höhere Stoß- und Vibrationsfestigkeit als quarzbasierte Bausteine. Stöße und insbesondere Vibrationen in Quarzen können den Jitter der generierten Taktgeber erhöhen und somit die Bitfehlerrate (BER) einer PCIe-Verbindung erhöhen. Stöße und Vibrationen in Quarzen können zudem zu Mikrofrequenzsprüngen und Aktivitätseinbrüchen führen, die die BER verschlechtern. SiTime Bausteine sind von diesen Problemen frei.