PCI Express in Automobilanwendungen

PCI Express® (PCIe) ist eine der bevorzugten Hochgeschwindigkeitsschnittstellen in elektronischen Automobilsystemen. 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 problemlos die Jitter-Anforderungen für PCIe und bieten noch Spielraum. Sie bieten außerdem hohe Zuverlässigkeit und Robustheit, hervorragende Stabilität und EMI-Reduzierung.

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Die wachsende Nachfrage nach AD- (Automatisiertes Fahren) und ADAS-Funktionen (Advanced Driver Assistance System) in modernen Fahrzeugen führt zu einem Anstieg der Anzahl und Komplexität elektronischer Systeme im Automobil. Die zunehmenden Datenmengen zahlreicher Sensoren erfordern Rechenleistung. Oft reicht ein einzelner SoC zur Bewältigung der Aufgabe nicht aus und es kommen Coprozessoren zum Einsatz. PCI Express ist eine der am häufigsten verwendeten 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 Fahrspuren (eine in jede Richtung) basiert. Bis zu 16 Lanes können parallel zusammengefasst 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 in PCIe Gen 1 auf 64 GT/s mit einer Rate von 7,56 GB/s in 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 erfordert einen 100-MHz-Takt an jedem Ende eines Busses. Mehrere Parameter müssen berücksichtigt werden:

• Clock-Tree-Architektur: gemeinsame Uhr oder separate Referenzen
• Jitter, abhängig von der PCIe-Generation
• Signalisierungstyp: HCSL oder LP-HCSL
• Spreizspektrum zur EMI-Reduzierung
• Frequenzgenauigkeit

Weitere Informationen zu Jitter-Grenzwerten für die PCIe-Erzeugung, 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 “.

SiTime-Vorteile

• Unterstützt PCIe Gen 1 bis 6; unterstützt gängige Takt-, SRNS- und SRIS-Architekturen.
• Taktgeneratoren verfügen über einen internen MEMS-Resonator und benötigen keine externe Referenz.
• Silizium-MEMS-Taktgeneratoren beseitigen das „schwache Glied“, das durch Kristallresonatoren dargestellt wird. Ein MEMS-Resonator ist 50-mal zuverlässiger als ein Kristall.
• Die hervorragende Zuverlässigkeit (< 0,5 FIT, < 0,1 DPPM) der SiTime-Geräte macht sie ideal für den Einsatz in Automobil- und funktionalen Sicherheitsanwendungen.
• Bis zu 10-mal bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen als kristallbasierte Geräte. Stöße und insbesondere Vibrationen in Quarzen können den Jitter der erzeugten Takte erhöhen und damit die Bitfehlerrate (BER) auf einer PCIe-Verbindung erhöhen. Stöße und Vibrationen in Kristallen können auch zu Frequenzmikrosprüngen und Aktivitätseinbrüchen führen, die die BER verschlechtern. Bei SiTime-Geräten treten diese Probleme nicht auf.