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Электронный компонент: ZL50031QEG1

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1
Zarlink Semiconductor Inc.
Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
Copyright 2005, Zarlink Semiconductor Inc. All Rights Reserved.
Ordering Information
ZL50031QEG1
256 Pin HQFP*
*Pb Free Matte Tin
-40
C to +85C
Features
4,096 x 2,048 blocking switching between
backplane and local streams
2,048 x 2,048 non-blocking switching between
local streams
2,048 x 2,048 non-blocking switching between
backplane streams
Rate conversion between backplane and local
streams
Backplane interface accepts data rates of
8.192 Mbps or 16.384 Mbps
Local interface accepts data rates of 2.048 Mbps,
4.096 Mbps or 8.192 Mbps on a per group basis
Meets all the key H.110 mandatory signal
requirements including timing
Per-channel variable or constant throughput
delay
Per-stream input delay, programmable for local
streams on a per bit basis
Per-stream output advancement, programmable
for backplane and local streams
Per-channel direction control for backplane
streams
Per-channel message mode for backplane and
local streams
Per-channel high impedance output control for
backplane and local streams
Compatible to Stratum 4 Enhanced clock
switching standard
Integrated PLL conforms to Telcordia GR-1244-
CORE Stratum 4 Enhanced switching standard
- Holdover Mode with holdover frequency stability
of 0.07 ppm
- Jitter attenuation from 1.52 Hz
- Time interval error (TIE) correction
- Master and Slave mode operation
Non-multiplexed microprocessor interface
Connection memory block-programming for fast
device initialization
Pseudo-Random Binary Sequence (PRBS) pattern
generation and testing for backplane and local
streams
Conforms to the mandatory requirements of the
IEEE-1149.1 (JTAG) standard
3.3 V operation with 5 V tolerant inputs and I/O's
5 V tolerant PCI driver on CT-Bus I/O's
Applications
Carrier-grade VoIP Gateways
IP-PBX and PABX
Intregrated Access Devices
Access Servers
CTI Applications/CompactPCI
Platforms
H.110, H.100, ST-BUS and proprietary Backplane
Applications
Description
The ZL50031 Digital Switch provides switching
capacities of 4,096 x 2,048 channels between
backplane and local streams, 2,048 x 2,048 channels
among local streams and 2,048 x 2,048 channels
among backplane streams. The local connected serial
inputs and outputs have 32, 64 and 128 64 kbps
channels per frame with data rates of 2.048, 4.096 and
8.192 Mbps respectively. The backplane connected
serial inputs and outputs have 128 and 256 64 kbps
channels per frame with data rates of 8.192 and
16.384 Mbps respectively.
February 2005
ZL50031
Flexible 4 K x 2 K Channel Digital Switch
with H.110 Interface and
2 K x 2 K Local Switch
Data Sheet
Zarlink Semiconductor US Patent No. 5,602,884, UK Patent No. 0772912,
France Brevete S.G.D.G. 0772912; Germany DBP No. 69502724.7-08
ZL50031
Data Sheet
2
Zarlink Semiconductor Inc.
The device has features that are programmable on a per-stream or a per-channel basis including message mode,
input delay offset, output advancement offset, and direction control.
The ZL50031 supports all three of the H.110 specification required clocking modes: Primary Master, Secondary
Master and Slave.
Figure 1 - Functional Block Diagram
DS
CS
R/
W
A13-
A0
DTA
D15-D0
Test Port
Output
Mux
Backplane Data Memory
V
SS
V
DD
TD
i
RESET
TCK
TR
S
T
TMS
Interface
Backplane
Converter
P/S
&
S/P
C20i
C1M5o
LSTi0
LSTo15
(4,096 channels)
Local Connection Memory
ODE
P/S
Local
Interface
BSTio0
BSTio31
FAI
L
_
B
C8
_B_
i
o
F
R
AME_
A_i
o
C8
_A_
i
o
CT
REF
2
CT
REF
1
F
R
AME_
B_i
o
LR
EF
3-0
(2,048 locations)
Local Data Memory
(2,048 channels)
Backplane Connection Memory
(4,096 locations)
Internal Registers &
Microprocessor Interface
Output
Mux
APLL
DPLL
FAI
L
_
A
NR
E
F
o
C3
2/
64
o
PR
I
_LO
S
SEC_
L
OS
Local Interface
Timing Unit
ST_FPo0
ST_CKo0
V
DD5V
TDo
ST_FPo1
ST_CKo1
PCI_OE
&
P/S
Converter
LSTi15
LSTo0
ZL50031
Data Sheet
Table of Contents
3
Zarlink Semiconductor Inc.
1.0 Device Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.0 Frame Alignment Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.0 Switching Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1 Backplane Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2 Local Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5.0 Local Input Delay Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6.0 Output Advancement Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.0 Local Output Timing Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
8.0 Memory Block Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
9.0 Delay Through the ZL50031 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
9.1 Variable Delay Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
9.2 Constant Delay Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
10.0 Microprocessor Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
10.1 DTA Data Transfer Acknowledgment Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
11.0 Address Mapping of Memories and Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
12.0 Backplane Connection Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
13.0 Local Connection Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
14.0 Bit Error Rate Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
15.0 DPLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
15.1 ZL50031 Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
15.1.1 Primary Master Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
15.1.2 Secondary Master Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
15.1.3 Slave Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
16.0 DPLL Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
16.1 Reference Select and Frequency Mode MUX Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
16.2 PRI and SEC MUX Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
16.3 Frame Select MUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
16.4 CT Clock and Frame Monitor Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
16.5 Reference Monitor Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
16.6 State Machine Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
16.7 Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
16.7.1 Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
16.7.2 Holdover Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
16.7.3 Freerun Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
17.0 Phase Locked Loop (PLL) Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
17.1 Skew Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
17.2 Maximum Time Interval Error (MTIE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
17.3 Phase Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
17.4 Phase Offset Adder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
17.5 Phase Slope Limiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
17.6 Loop Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
17.7 Digitally Controlled Oscillator (DCO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
17.8 Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
17.9 Frequency Select MUX Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
18.0 Measures of Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
18.1 Intrinsic Output Jitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
18.2 Jitter Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
18.3 Jitter Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
18.4 Frequency Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
ZL50031
Data Sheet
Table of Contents
4
Zarlink Semiconductor Inc.
18.5 Holdover Frequency Stability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
18.6 Locking Range. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
18.7 Phase Slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
18.8 Maximum Time Interval Error (MTIE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
18.9 Phase Lock Time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
19.0 Initialization of the ZL50031 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
20.0 JTAG Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
20.1 Test Access Port (TAP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
20.2 Instruction Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
20.3 Test Data Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
20.4 BSDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
21.0 Register Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
22.0 DC/AC Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
23.0 Trademarks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
ZL50031
Data Sheet
List of Figures
5
Zarlink Semiconductor Inc.
Figure 1 - Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Figure 1 - ZL50031 256-Pin 28 mm x 28 mm HQFP (top view). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figure 2 - CT-Bus Timing for 8 Mbps Backplane Data Streams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 3 - ST-BUS Timing for 16 Mbps Backplane Data Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 4 - Block Programming Data in the Connection Memories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 5 - Typical Timing Control Configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 6 - DPLL Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 7 - State Machine Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 8 - Block Diagram of the PLL Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 9 - Skew Control Circuit Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 10 - DPLL Jitter Transfer Function Diagram - Wide Range of Frequencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figure 11 - Detailed DPLL Jitter Transfer Function Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figure 12 - Local Input Bit Delay Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figure 13 - Example of Backplane Output Advancement Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 14 - Local Output Advancement Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 15 - Backplane Frame Pulse Input and Clock Input Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Figure 16 - Backplane Frame Pulse Output and Clock Output Timing Diagram (in Primary Master Mode and
Secondary Master Mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figure 17 - Backplane Frame Pulse Input and Clock Input Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figure 18 - Reference Input Timing Diagram when the input frequency = 8 kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figure 19 - Reference Input Timing Diagram when the input frequency = 2.048 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figure 20 - Reference Input Timing Diagram when the input frequency = 1.544 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figure 21 - Reference Output Timing Diagram when (DIV1, DIV0) = (0, 0) in DOM2 Register . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figure 22 - Reference Output Timing Diagram when (DIV1, DIV0) = (0, 0) in DOM2 Register . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figure 23 - Reference Input Timing Diagram when (DIV1, DIV0) = (0, 0) in DOM2 Register . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figure 24 - Reference Output Timing Diagram when (DIV1, DIV0) = (1, 0) in DOM2 Register . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figure 25 - Reference Output Timing Diagram when (DIV1, DIV0) = (0, 1) in DOM2 Register . . . . . . . . . . . . . . . 61
Figure 26 - Local Clock Timing Diagram when ST_CKo0/1 frequency = 4.096 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Figure 27 - Local Clock Timing Diagram when ST_CKo0/1 frequency = 8.192 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Figure 28 - Local Clock Timing Diagram when ST_CKo frequency = 16.384 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figure 29 - C1M5o Output Clock Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figure 30 - Backplane Serial Stream Timing when the Data Rate is 8 Mbps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Figure 31 - Backplane Serial Stream Timing when the Data Rate is 16 Mbps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Figure 32 - Local Serial Stream Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figure 33 - Local Serial Stream Input Timing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figure 34 - Serial Output and External Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figure 35 - Serial Output and External Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figure 36 - Output Driver Enable (ODE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Figure 37 - Motorola Non-Multiplexed Bus Timing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figure 38 - JTAG Test Port Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Figure 39 - Reset Pin Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72