深入解析Infineon IWE8：8 E1/T1线路互通元件的技术洞察

在当今复杂的通信网络环境中，实现不同网络之间的高效互通至关重要。Infineon的IWE8（PXB 4219E、PXB 4220E、PXB 4221E）作为一款关键的互通元件，为异步传输模式（ATM）网络与基于时隙的准同步数字体系（PDH）网络之间的连接提供了强大的支持。本文将对IWE8的特性、工作模式、接口、功能以及相关应用进行详细解析，希望能为电子工程师们在设计和应用过程中提供有价值的参考。

文件下载：PXB 4220 E V3.4-G.pdf

一、IWE8概述

IWE8是Infineon ATM芯片组的成员，与帧和线路接口组件（如Infineon的QuadFALC PEB 22554）配合使用，可作为ATM网络和PDH网络之间的网关。它具有8个E1或T1输入和输出端口，每个端口可独立配置为两种基本模式：ATM模式和AAL模式。

1.1 特性亮点

• 全双工ATM封装/解封：支持8条E1/T1高速线路的全双工ATM数据包处理，确保数据的高效传输。
• 灵活配置：可通过外部引脚配置为T1或E1模式，并且8个T1/E1端口可独立配置为ATM或AAL模式。
• 多种标准支持：ATM模式符合ITU - T G.804和ITU - T I.432标准；AAL模式支持AAL1或无适配层开销的透明传输（AAL0），以及ATM论坛的电路仿真服务规范。
• 时钟恢复：内部时钟恢复电路支持同步残余时间戳（SRTS）或自适应时钟方法（ACM），满足不同应用场景的时钟需求。
• 接口丰富：具备IMA接口、8个通用帧接口、UTOPIA行业标准接口、16位通用微处理器接口和外部同步SRAM接口等，方便与各种设备进行连接。
• 测试功能：内置数据路径环路，支持通过微处理器接口进行信元插入/提取，便于进行功能测试。
• 低功耗设计：采用3.3伏电源供电，典型功耗仅1瓦，并且支持多种电源管理模式。

1.2 不同型号差异

• PXB 4219：仅支持ATM模式，用于符合ITU - T G.804的ATM信元映射到PDH帧。
• PXB 4220：支持ATM和AAL模式，使用内部时钟恢复机制（SRTS），但使用SRTS功能需要支付专利费用。
• PXB 4221：功能与PXB 4220相同，但物理上永久禁用了SRTS，无需支付专利费用。

二、工作模式

2.1 ATM模式

在ATM模式下，端口提供符合ITU - T G.804的ATM信元映射到PDH帧的功能，工作速率为E1的2.048 Mbit/s或T1的1.544 Mbit/s。该模式下，设备实现了ITU - T I.432中定义的物理层（PHY）的所有传输汇聚（TC）子层功能。

2.2 AAL模式

AAL模式仅PXB 4220/4221支持，作为ATM电路仿真服务互通功能（CES - IWF），在恒定比特率（CBR）设备和ATM网络之间进行转换。支持“非结构化DS1/E1服务”和“结构化DS1/E1 N x 64 kbit/s基本服务”，并提供分段和重组功能。

2.2.1 非结构化CES模式

将2.048 Mbit/s（E1）或1.544 Mbit/s（T1）比特流无帧封装地打包到ATM信元中，使用AAL1的非结构化数据传输（UDT）。时钟恢复支持SRTS和ACM方法。

2.2.2 结构化CES模式

通过端口配置寄存器编程，用于结构化T1/E1 Nx64 kbit/s基本服务，可将N个T1（24个）或E1（32个）时隙通过ATM网络传输。此模式下不支持SRTS和ACM时钟恢复。

三、接口详解

3.1 通用帧接口

IWE8的通用帧接口提供了多种模式选择，包括FALC模式（FAM）、通用接口模式（GIM）、同步模式（SYM）和回声消除器模式（EC）。通过外部引脚和操作模式寄存器进行模式选择，并且集成了帧发送时钟选择器，可根据不同需求选择时钟源。

3.1.1 FALC模式（FAM）

可直接连接Infineon的“帧和线路接口组件”（FALC），数据通过系统内部高速总线传输，接收和发送系统时钟均为8.192 MHz，数据速率为2048 Mbit/s。

3.1.2 通用接口模式（GIM）

使帧接口更加通用，可直接连接其他帧/线路接口单元或T1/E1收发器，根据E1/T1引脚可适配1.544 MHz（T1速率）或2.048 MHz（E1速率）。

3.1.3 同步模式（SYM）

用于同步帧和多帧协议，仅支持E1线路，有2.048 MHz和8.192 MHz两种同步模式，可实现全局或端口特定的同步。

3.1.4 回声消除器模式（EC）

该模式下发送和接收通道同步，帧接口由连接到RFCLK的8.192 MHz时钟驱动。

3.2 UTOPIA接口

IWE8的UTOPIA接口实现了ATM论坛UTOPIA Level 2和Level 1规范。在UTOPIA level 2兼容模式下，与具有8条数据线和5条地址线的PHY层兼容；在UTOPIA level 1兼容模式下，可配置为ATM和PHY层的8条数据线接口。通过UTOPIA地址线，ATM层可轮询PHY端口，PHY层通过TXCLAV或RXCLAV信号控制数据流量。

3.3 IMA接口

IWE8的IMA接口支持外部组件实现ATM逆复用（IMA）协议，具有可编程的映射缓冲区读写指针阈值，当检测到不可纠正的HEC错误时，会丢弃信元并断言UNCHEC信号，同时在引脚PN[2:0]上显示信元来源的端口号。

3.4 时钟恢复接口

可使用外部设备进行时钟恢复，提供5线串行接口，支持SRTS和ACM两种时钟恢复方法，也允许两者结合使用。数据以32位帧的形式传输，SSP脉冲指示帧的开始。

3.5 微处理器接口

IWE8的微处理器接口用于读取和写入内部寄存器、4个内部RAM和外部RAM。支持Intel类型和Motorola类型的微处理器，通过PMT和TBUS引脚在内部复位的正边沿确定接口模式。

3.6 外部RAM接口

IWE8需要连接一个64k x 33位带奇偶校验保护或64k x 32位不带奇偶校验保护的外部同步SRAM，采用固定的12个时钟周期的RAM接口周期。

四、功能描述

4.1 ATM传输功能

在ATM模式下，信元传输处理块负责信元丢弃和将ATM信元（除UDF八位字节外）写入ATM传输缓冲区；八位字节传输处理块负责从ATM传输缓冲区读取八位字节、进行信元速率解耦（插入空闲/未分配信元）、信元有效载荷加扰和HEC生成。

4.2 ATM接收功能

八位字节接收处理块负责信元划分、HEC检查（头错误检测和纠正）、信元有效载荷解扰、空闲或未分配信元删除、统计计数器事件生成以及将信元（除UDF八位字节外）写入ATM接收缓冲区；信元接收处理块负责从ATM接收缓冲区读取信元。

4.3 AAL分段功能

实现了结构化数据传输（SDT）和非结构化数据传输的汇聚子层以及AAL类型1的分段子层功能。八位字节接收处理块负责分段端口去相关、分段、SN/SNP生成、SDT指针生成、RTS值插入、统计计数器事件生成以及写入分段缓冲区；信元接收处理块负责从分段缓冲区读取信元并填充部分填充的信元。

4.4 AAL重组功能

在AAL模式下，信元传输处理块负责端口和通道识别、SNP字段检查、SN字段检查、SDT指针检测和验证、SRTS值提取、CAS处理、统计计数器事件生成、在信元丢失时插入虚拟信元以及写入重组缓冲区；八位字节传输处理块负责从重组缓冲区读取八位字节、处理重组缓冲区溢出和不足、初始化重组缓冲区以补偿CDV、同步SDT结构与端口结构以及生成统计计数器事件。

4.5 内部时钟恢复电路（ICRC）

ICRC可在上游方向生成RTS值，在下游方向生成8.192、2.048或1.544 MHz的传输时钟。每个端口独立工作，支持FALC模式（FAM）和通用接口模式（GIM），通过内部PLL基于SRTS、ACM或两者生成传输时钟。

4.6 内部队列

• 事件队列：存储所有处理八位字节或信元的功能块生成的计数器事件，最多可存储256个事件。
• 输出队列：存储准备通过UTOPIA接收接口传输到ATM层的信元的外部RAM地址，是一个最多可容纳256个信元地址条目的FIFO队列。
• 中断队列：外部RAM中的FIFO队列，当计数器达到阈值时写入中断条目，微处理器可通过读取该队列来响应中断。

4.7 OAM处理

OAM处理块从事件队列中读取统计计数器事件，根据计数器值和阈值判断是否生成中断，并将新的统计计数器值和中断生成指示写入外部RAM。

4.8 环回模式

• 上游环回：允许将在帧接口接收并转发到UTOPIA接收接口的信元通过UTOPIA传输接口发送回发送器接口。
• 下游环回：可将从UTOPIA传输接口进入的ATM信元通过下游环回块循环到UTOPIA接收接口。
• 串行环回：可将帧发送接口的帧发送时钟、数据、帧同步和多帧同步信号按端口循环到帧接收接口。

4.9 信元插入和提取

• 信元插入：允许将存储在信元插入缓冲区中的预定义信元插入到UTOPIA接收信元流中。
• 信元提取：可将从UTOPIA传输接口下游方向进入的信元提取到信元提取缓冲区。

4.10 通道到时隙的映射

IWE8支持将ATM信元映射到帧接口的32个时隙中的N个时隙，通过内部RAM编程定义映射方案。在AAL模式下，非结构化CES每个端口只有一个通道，结构化CES可将N x 64 kbit/s通道映射到T1/E1帧中。

五、应用提示

5.1 时钟概念

不同模式下，IWE8对时钟的要求不同，包括帧接口时钟、时钟恢复时钟、参考时钟等。PLLs for SRTS可接受RFCLK至少±50 ppm的偏差，但在切换到紧急模式时，RFCLK的精度需达到4.6 ppm。

5.2 AAL统计计数器转换

可将IWE8的AAL统计计数器转换为ATM论坛CES版本2 MIB，通过对特定统计计数器的破坏性读取访问来获取相关参数。

5.3 内部时钟恢复电路的抖动特性

ICRC的抖动分析结果表明，在使用外部抖动衰减器的情况下，IWE8在E1和T1模式下的抖动容限和抖动传输特性均能满足相关标准要求。

六、电气特性

6.1 绝对最大额定值

规定了环境温度、结温、存储温度、电源电压、输入电压、输出电压和ESD鲁棒性等参数的极限值，超出这些值可能会对设备造成永久性损坏。

6.2 工作范围

工作环境温度范围为 - 40°C至85°C，电源电压为3.3V ± 5%，输入和输出电压具有5V I/O容限。

6.3 热封装特性

给出了热封装电阻（结到环境）在无气流情况下的参数。

6.4 DC特性

包括输入低电压、输入高电压、输出低电压、输出高电压、输入泄漏电流、上拉电流、下拉电流、电源电流和功耗等参数。

6.5 电容特性

规定了输入电容和输出电容的范围。

6.6 AC特性

详细描述了时钟和复位接口、帧接口、UTOPIA接口、IMA接口、时钟恢复接口、微处理器接口、RAM接口和边界扫描测试接口的AC时序特性。

七、测试模式

7.1 设备识别寄存器

包含版本、部件号和制造商ID等信息。

7.2 指令寄存器

定义了4位指令寄存器的二进制代码，用于边界扫描测试。

7.3 边界扫描寄存器

包含299个单元，可用于测试和控制设备的输出。

八、总结

Infineon的IWE8作为一款功能强大的互通元件，为ATM网络和PDH网络之间的连接提供了全面的解决方案。其丰富的接口、灵活的工作模式、完善的功能以及良好的电气特性，使其在通信网络设计中具有广泛的应用前景。电子工程师在使用IWE8时，需要根据具体的应用场景和需求，合理配置设备的参数，充分发挥其性能优势。同时，对于涉及SRTS专利费用的问题，需要与相关方进行沟通和协商。希望本文的解析能帮助工程师们更好地理解和应用IWE8，推动通信网络技术的发展。