铜缆以太网26-40G-CR4/100G-CR10(十)

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发布于 2025-05-21 13:02:08

710

40G-CR4/100G-CR10 (C85)

PMD（C85）(一)

服务接口

本款规定了40GBASE-CR4和100GBASE-CR10 PMD提供的服务。这些PMD的服务接口是以抽象的方式描述的，并不意味着任何特定的实现。PMD服务接口支持PMA和PMD实体之间的编码数据交换。PMD将编码数据与适用于指定介质的信号进行转换。

PMD服务接口原语总结如下：

PMD: IS_UNITDATA .request

PMD: IS_UNITDATA .indication

PMD: IS_SIGNAL .indication

40GBASE-CR4 PMD有4个并行比特流，因此40GBASE-CR4 i=0到3，100GBASE-CR10 PMD有10个并行比特流，因此100GBASE-CR10 i=0到9。PMA（或PMD）连续向PMD（或PMA）发送4个或10个并行比特流，每个通道一个，每个比特流的标称信令速率为10.3125 GBd。

对于40GBASE-CR4，SIGNAL_DETECT表示在所有4个通道上成功完成了启动协议startup protocol（FFE训练）。对于100GBASE-CR10，SIGNAL_DETECT表示在所有10个通道上成功完成了启动协议startup protocol（FFE训练）。

SIGNAL_DETECT参数可以取两个值之一：OK或FAIL。当SIGNAL_DETECT = FAIL时，PMD: IS_UNITDATA_i .indication参数未定义。此子句中定义的SIGNAL_DETECT参数映射到PMD: IS_SIGNAL .indication原语中的SIGNAL_OK参数。

如果支持具有深度睡眠模式选项的可选EEE功能，则子层间服务接口包括两个额外的原语，定义如下：

PMD: IS_TX_MODE .request (tx_mode)

PMD: IS_RX_MODE .request (rx_mode)

tx_mode参数最多取3个值之一：DATA、QUIET或ALERT。当tx_mode = QUIET时，发送被禁用；当tx_mode = ALERT时，发送警报信号。

rx_mode参数用于传达PCS LPI接收功能的状态，取值为QUIET或DATA。

自协商服务接口

与该PMD相关联的PCS需要支持73.9中定义的AN服务接口原语AN_LINK .indication。以下要求适用于与10GBASE-KR PMD(包括所有支持背板自协商的PMD)一起使用的PCS。必须支持第73条中定义的背板自协商。 PCS应支持原始AN_LINK .indication（link_status）。当PCS_status = false时，参数link_status应取FAIL值，当PCS_state = true时，参数link_status应取OK值。当link_status的值发生变化时，应生成此原语。该原语由PCS生成，用于指示底层介质的状态。此原语的目的是为自动协商功能提供一种确定接收到的代码元素有效性的方法。

40GBASE-CR4 PHY可以使用XLAUI进行扩展，XLAUI是设备之间子层间服务接口的物理实例化。同样，100GBASE-CR10 PHY可以使用CAUI-n进行扩展。如果实例化了XLAUI或CAUI-n，则AN_LINK（LINK_status）.indication将由实现者自行决定从具有PCS子层的设备中继到具有AN子层的装置。作为示例，实现者可以使用普及管理或使用专用电信号将一个设备上的PCS子层指示的link_status状态中继到另一个设备的AN子层。

MDIO功能映射

与40GBASE-CR4/100GBASE-CR10 PMD相关的寄存器集中在C45寄存器DeviceID = 1 (PMA/PMD)里。下面做一个简单的介绍。

控制变量映射

状态变量映射1

状态变量映射2

功能特性

链路框图

图85-2展示了单向40GBASE-CR4或100GBASE-CR10链路。为了系统一致性，PMD子层在本子条款所述的测试点进行了标准化。电气发送信号在TP2处定义。除非另有规定，表85-5中定义的所有变送器测量和测试都是在TP2使用规定的测试夹具进行的。除非另有规定，否则所有接收器测量和测试都是在TP3使用测试夹具进行的。发射机和接收机规范中都包含了配对的连接器对。

40GBASE-CR4和100GBASE-CR10信道在发射机（TP0）和接收机块（TP5）之间定义，包括发射机和接收机差分控制阻抗印刷电路板插入损耗和电缆组件插入损耗。附件85A提供了与测试点TP0和TP5相关的参数信息，这些参数在已实现的系统中可能无法测试。所有电缆组件测量应在TP1和TP4之间进行。在TP1和TP4上测量电缆组件规格需要图85-14的电缆组件测试夹具或其功能等效物。电缆组件规范中包含了两对配对的连接器和电缆组件测试夹具。

附录85A中提供了分别在TP0-TP1和TP4-TP5之间定义的发射机和接收机差分控制阻抗印刷电路板插入损耗的信息。

请注意，源通道（SL）、信号SLn和SLn<n>是发射机差分信号对的正边和负边，目的通道（DL）信号DLn和DLn<n>是通道n（n = 0,1,2,3或n = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9）的接收机差分信号对正边和负边。

测试点

TP0 to TP5:信道包括发射机和接收机差分控制阻抗印刷电路板插入损耗和电缆组件插入损耗。

TP1 to TP4:所有电缆组件测量应在TP1和TP4之间进行。在TP1和TP4处测量电缆组件规格需要电缆组件测试夹具或其等效物。

TP0 to TP2/ TP3 to TP5:发射机和接收机规范中都包含了配对的连接器对。

TP2:除非另有规定，否则所有发送器测量都是在TP2处使用测试夹具进行的。

TP3:除非另有规定，否则所有接收器测量都是在TP3处使用测试夹具进行的。

发送功能

40GBASE-CR4 PMD发送功能应将PMD服务接口消息请求的4个比特流转换为PMD: IS_UNITDATA_0 .request to PMD: IS_UNITDATA_3 .request，转换为4个单独的电信号。然后，4个电信号应按照发送电气规范发送到MDI。 SL减去SL<n>的正输出电压（差分电压）应对应于tx_bit = 1。

100GBASE-CR10 PMD发送功能应将PMD服务接口消息请求的10个比特流转换为PMD: IS_UNITDATA_0 .request to PMD: IS_ UNITDATA _9 .request，转换为10个单独的电信号。然后，应按照发送电气规范将10个电信号发送到MDI。SL减去SL<n>的正输出电压（差分电压）应对应于tx_bit = 1。

如果支持具有深度睡眠模式选项的EEE功能，则当tx_mode = ALERT时，PMD发送功能应在每个通道上发送一个重复的16位模式，16进制0xFF00。无论PMD: IS_UNITDATA_i .request原语呈现的tx_bit值如何，都会发送此序列。当tx_mode = ALERT时，发射机均衡器FFE抽头设置为规定的预设状态(PMD控制功能)。当tx_mode = QUIET时，发射机将按照规定禁用。对于tx_mode的所有其他状态，发送均衡器系数恢复到训练期间解析的状态。

接收功能

PMD接收功能应将来自MDI的电信号转换为比特流，以便使用消息PMD: IS_UNITDATA .indication（rx_bit）传递到PMD服务接口。正差分输入电压（DL减去DL<n>）应对应于rx_bit = 1。

40GBASE-CR4 PMD接收功能应将来自MDI的4个电信号转换为4个比特流，以使用消息PMD: IS_UNITDATA_0 .indication到PMD: IS_UNIDO_3 .indication传递到PMD服务接口。DL减去DL<n>（差分电压）的正输入电压应对应于rx_bit = 1。100GBASE-CR10 PMD接收功能应将来自MDI的10个电信号转换为10个比特流，以使用消息PMD: IS_UNITDATA_0 .indication到PMD: IS_UNIDA_9 .indication传递到PMD服务接口。DL减去DL<n>（差分电压）的正输入电压应对应于rx_bit = 1。

全局信号检测功能

全局PMD信号检测功能应持续向PMD服务接口报告消息PMD: IS_SIGNAL .indication (SIGNAL_DETECT)。SIGNAL_DETECT通常用于指示信号存在，但40GBASE-CR4和100GBASE-CR10使用它来指示成功在所有通道上完成启动协议startup protocol。此子句中定义的SIGNAL_DETECT参数映射到PMD: IS_SIGNAL .indication原语中的SIGNAL_OK参数。

当PHY支持具有深度睡眠模式的可选EEE功能时，PMD_SIGNAL .indication也用于指示何时检测到ALERT信号，这对应于刷新或唤醒的开始。

当PHY不支持EEE功能，或者如果PHY支持EEE能力并且rx_mode设置为DATA时，在系统重置或训练状态图手动重置后，SIGNAL_DETECT应设置为FAIL。在所有通道上成功完成训练后，应设置SIGNAL_DETECT到OK。

当PHY不支持EEE功能，或者如果PHY支持EEE能力并且rx_mode设置为DATA，如果管理层禁用训练，则SIGNAL_DETECT应设置为OK。

当PHY支持深度睡眠模式的EEE能力时，从rx_mode = DATA转换到rx_mode = QUIET后，SIGNAL_DETECT设置为FAIL。当rx_mode = QUIET时，在接收器输入端施加与链路伙伴的ALERT发送相对应的信号后500 ns内，SIGNAL_DETECT应设置为OK。当rx_mode = QUIET时，只要接收器输入端的信号对应于链路伙伴的QUIET tx_mode，SIGNAL_DETECT应保持为FAIL。

当实现MDIO时，此功能将变量映射到寄存器和位1.10.0。

逐Lane信号检测功能

当实施MDIO时，每个PMD_signal_detect_i值（其中i表示40GBASE-CR4的0:3和100GBASE-CR10的0:9范围内的通道号）应按照以下两段所述不断更新。

对于40GBASE-CR4，

PMD_signal_detect_0（1.10.1）、PMD_signal_detect_1（1.10.2）、PMD_ signal_detect_2（1.10.3）和PMD_ signal_detect_3（1.10.4）应设置为1或0，具体取决于训练状态图定义的特定通道的信号检测是返回真还是假。

对于100GBASE-CR10，

PMD_signal_detect_0 （1.10.1）、PMD_signal_detect_1（1.10.2）、PMD_signal_detect_2（1.10.3）、PMD_signal_detect_3（1.10.4）、PMD_signal_detect_4（1.10.5）、PMD_signal_detect_5（1.10.6）、PMD_signal_detect_6（1.10.7）、PMD_ signal_detect_7（1.10.8）、PMD_signal_detect_8（1.10.9）和PMD_signal_detect_9（1.10.10）应设置为1或0，具体取决于训练状态图定义的特定通道的信号检测是返回真还是假。

全局信号关闭功能

如果支持具有深度睡眠模式选项的EEE，则Global_PMD_transmit_disable功能是必需的，否则是可选的。当实施时，它允许使用单个变量禁用所有发射器。

a）当Global_PMD _transmit_disable变量设置为1时，此功能应关闭所有发送器，使每个发送器驱动恒定电平（即无转换），并且不超过最大差分峰间输出电压（30mV）。

b）如果检测到PMD_fault，则PMD可以关闭所有通道中的电子发射器。

c）环回不受Global_PMD _transmit_disable的影响。

d）对于EEE能力，在规定的时间和电压水平内将tx_mode设置为QUIET后，PMD_transmit_disable功能应关闭发射器。在规定的时间和电压水平内，将tx_mode设置为DATA或ALERT后，PMD _transmit_disable功能应打开发送器。

逐Lane信号关闭功能

PMD逐通道发送禁用功能是可选的，允许选择性地禁用每个通道中的电子发射器。支持此功能时，应满足以下要求：

a）当PMD_transmit _disable_i变量（其中i表示范围为0:3或0:9的通道号）设置为1时，此功能应关闭与该变量相关的发射器，使其驱动恒定电平（即无转换），并且不超过规定的最大差分峰峰值输出电压（30mV）。

b）如果检测到PMD_fault，则PMD可以将每个PMD_transmit _disable_i变量设置为1，关闭每个通道中的电子发射器。

c）环回不应受到PMD_transmit _disable_i的影响。

回环模式

相邻的PMA应为40GBASE-CR4和100GBASE-CR10 PMD提供本地环回模式，作为设备的测试功能。当启用环回模式时，传递给每个发射机的发送请求直接发送到相应的接收机，覆盖每个接收机在其连接的链路上检测到的任何信号。请注意，环回模式不会影响发射机的状态，发射机会继续发送数据（除非禁用）。

在环回模式下执行的信号路径是特定于实现的，但建议该信号路径包含尽可能多的电路。提供这种环回操作模式的目的是允许诊断或自检功能使用实际数据测试发送和接收数据路径。也可以使用其他设备或子层内的环回控制独立启用其他环回信号路径。

将网络端口置于环回模式可能会对网络造成干扰。

错误功能

PMD_fault是PMD _receive_fault、PMD _transmit_fault和任何其他特定于实现的故障的逻辑或。如果实现了MDIO接口，此功能将变量映射到寄存器和位1.1.7。

发送错误功能

PMD _transmit_fault功能是可选的。此功能检测到的故障是特定于实现的，但Global_PMD _transmit_disable的断言不被视为发送故障。如果PMD _transmit_fault设置为1，则Global_PMD _transmit_disable也应设置为1。如果实现了MDIO接口，此功能将变量映射到寄存器和位1.8.11。

接收错误功能

PMD _receive_fault功能是可选的。此功能检测到的故障是特定于实现的。通过将变量PMD _receive_fault设置为1来指示故障。如果实现了MDIO接口，此功能将变量映射到寄存器和位1.8.10。

控制功能

40GBASE-CR4和100GBASE-CR10 PMD应使用与72.6.10（10GBASE-KR PMD）中定义的控制功能。

变量seed_0和polynomial_0控制训练图案。建议具有多个PMD的实现对通过串扰耦合的PMD使用不同的polynomial_0值。

背景C72.6.10

10GBASE-KR PMD控制功能

概述

PMD控制功能生成将PMD从初始化带到可以与链路伙伴交换数据的模式所需的控制动作。

PMD控制功能实现10GBASE-KR启动协议。该协议有助于定时恢复和均衡，同时还提供了一种机制，通过该机制，接收器可以调整链路对端的发送均衡器FFE，以优化背板互连的性能。该协议通过连续交换固定长度的训练帧来支持这些机制。

如果支持EEE，PMD控制功能会响应PCS请求，以进入和退出安静状态。

训练帧结构

训练帧是在训练过程中连续发送的固定长度结构。如图72-2所示，训练帧的长度为548个字节，包含一个控制信道和训练图案。

使用差分曼彻斯特编码（DME）以等于10GBASE-KR信令速率四分之一的信令速率向控制信道发送信号。由于每个DME符号包含两个DME转换位置，每个转换位置是4个10GBASE-KR UI，因此每8个10GBASE-KR UI发送一个控制信道比特。

差分曼彻斯特编码保证了转换密度和DC平衡，而降低的发送速率有助于在非最佳均衡信道上进行接收。训练帧由固定的4个字节帧标记定界。

帧标记

帧由32位图案、16进制0xFFFFF0000（首先发送1）分隔，如10.3125 Gbd符号所示。该图案不出现在控制信道或训练图案中，因此用作训练帧开始的唯一指示符。

控制信道编码

应使用差分曼彻斯特编码（DME）发送控制信道。差分曼彻斯特编码的规则如下：

a）数据转换应发生在每个单元cell边界。

b）中间单元mid-cell数据转换应用于发出逻辑信号1。

c）中间单元mid-cell数据转换的缺失应用于发出逻辑信号0。

如果在给定训练帧中的控制信道边界内检测到编码违规，则应忽略该帧的控制信道内容。数据单元长度应为8个10GBASE-KR UI（每字节占用8个10GBASE-KR UI）。因此，控制信道的总长度为256个10GBASE-KR UI（32字节占用256个10GBASE-KR UI）。

系数更新字段

系数更新字段携带从本地接收器到链路伙伴发射均衡器的校正信息。该字段由3个发送均衡器抽头的预设控制、初始化控制和系数更新组成。系数更新字段的格式应如表72-4所示。应首先发送发送的系数更新字段的单元15（Cell 15）。预设、初始化和系数更新由接收器自适应过程设置。

预设：发送预设控制，请求将系数设置为关闭均衡的状态。收到时，pre-cursor（k = -1）和post-cursor（k = +1）系数应设置为0值，main（k=0）系数应设为最大值。预设控制仅在所有系数状态字段coefficient status fields均指示未更新not_updated时才应最初发送，然后将继续发送，直到所有系数的状态指示已更新或最大值。此时，输出预设控制应设置为0。更新主系数时，应返回最大Maximum状态。当系数更新且0为其最大支持值时，应返回pre-cursor和/或post-cursor系数的最大Maximum状态。当系数更新时，应返回pre-cursor和/或post-cursor系数的更新Updated状态，并支持0值以上的其他设置。在所有系数的传入状态消息恢复为未更新not_updated之前，不得发送新的预设或初始化请求。预设不得与初始化或系数增量/减量请求同时发送。

初始化：发送初始化控制以请求设置系数，以将发送均衡器配置为其初始化INITIALIZE状态。接收时，应设置抽头taps，使发送输出符合72.6.10.4.2（训练状态机，后续会详细介绍）中定义的条件。初始化控制应仅在所有系数状态字段均指示未更新not_updated时最初发送，然后将继续发送，直到没有系数状态字段指示未更新为止。系数更新完成后，应返回每个系数的更新状态。此时，输出初始化控制应设置为0。在所有系数的传入状态消息恢复为未更新not_updated之前，不得发送新的预设或初始化请求。初始化不应与系数增减请求或预设同时发送。

系数更新：每个系数k被分配一个2位字段，描述所请求的更新。定义了3种请求编码：递增、递减和保持。给定抽头的默认状态是保持，这对应于系数没有变化。发送增量或减量编码以请求增加或减少相应的系数。发送器响应系数更新请求而实施的更改量应符合要求。增量或减量请求应继续发送，直到该抽头的更新状态指示更新、最大或最小。此时，该抽头的传出请求应设置为保持。在该抽头的传入状态消息恢复为未更新之前，不得发送新的增量或减量请求。系数增量/减量不得与初始化或预设同时发送。k的有效范围是-1到+1，其中k=0表示主抽头。

状态报告字段

状态报告字段用于从本地PMD向链路伙伴发送状态信息。状态报告字段的格式应如表72-5所示。应首先发送状态报告字段的单元格15（Cell 15）。

接收就绪：接收器就绪位用于向链路伙伴发送本地接收器状态的信号。当断言时，接收器就绪位表示本地接收器已结束训练并准备接收数据。当取消断言时，接收器就绪位表示本地接收器正在请求继续训练。

系数状态：每个系数k被分配一个2位字段，描述系数的待更新状态。定义了4种状态编码：未更新、已更新、最大和最小。这些状态编码指示系数k的系数更新状态图的相应状态。k的有效范围是-1到+1，其中k = 0表示主抽头。

系数更新过程

每个系数k都有一个相关的系数更新状态图，该图控制系数的更新并生成抽头更新状态字段。给定点击的默认状态为未更新。只有当抽头的状态未更新时，才会对增量或减量请求采取行动。在执行接收到的增量或减量请求时，状态会报告为已更新、最大或最小。如果收到增量请求，则报告最大值导致抽头值达到其最大限制，或者如果它已经处于该限制。如果接收到的减量请求导致抽头值达到其最小限制，或者已经达到该限制，则报告最小值。一旦报告了更新、最大或最小状态，它将继续报告，直到收到保留请求，之后状态将恢复为未更新。

测试图案

训练图案应为512个字节图案，由11阶伪随机比特序列（PRBS11）生成器输出的4094个比特组成，后跟两个0。PRBS11模式生成器应产生与图72-3所示实施相同的结果。这实现了方程式（72-1）中所示的生成器多项式。

伪随机生成器应在训练图案开始时具有随机种子。训练图案的每个比特作为单个10.3125GBd符号发送。

状态机

帧锁定

10GBASE-KR PMD应实现如图72-4所示的帧锁定状态图。帧锁定状态图确定PMD控制功能何时检测到接收到的数据流中的帧边界。

训练

10GBASE-KR PMD应实施图72-5所示的训练状态图。训练状态图定义了10GBASE-KR启动协议的操作。当训练状态图进入初始化时状态下，发射机均衡器应配置为Rpre和Rpst分别为1.29±10%和2.57±10%。Rpre和Rpst的定义见72.7.1.11（Transmitter output waveform requirements）。在训练开始时，应设置c（0）的初始值，以满足72.7.1.11（Transmitter output waveform requirements）的约束，并且对于1010图案，峰间差分输出电压应大于或等于800mV。

C72.7.1.11

发送器输出波形要求

发射机输出波形的测试图案（由4到11个连续的1和一系列相等的0组成的图案可以用作方波）。这些图案的基频在大约452 MHz（10GBASE-W）和1289 MHz（10GBASE-R）之间。至少连续运行8次。发送器输出波形测试基于电压v1至v6、Dv2和Dv5，应按照图72-12所示和下文所述进行测量。

根据这些电压，pre-和post-cursor均衡比Rpre和Rpst由方程式（72-8）和方程式（72–9）得出。

发射机均衡器的状态以及发射机输出波形是通过FFE训练协议或管理来操纵的。系数更新请求导致的发送器输出波形变化应符合表72-7中规定的要求。表72-7中的系数更新请求后，将对所有抽头进行系数更新。在所有抽头的系数状态报告为未更新后，应验证结果。

对于任何系数更新，v1、v2和v3的变化幅度应在5 mV以内。当对给定的抽头应用了足够的增量或减量更新时，它将达到由系数范围或对最小稳态或最大峰值电压的限制所决定的最大或最小极限，并相应地报告系数状态。对于表中所示的所有限制情况，发送器输出波形应符合表72-8的要求。c（-1）或c（1）系数值大于零或小于Rpre（min）和Rpst（min）定义的最小值是可选的。可以通过首先断言表45-77（寄存器1.152 BASE-R LP coefficient update, lane 0 register）（寄存器1.153 BASE-R LP status report, lane 0 register）中定义的预设控制，然后根据测试要求操纵其他系数来禁用系数。