TWI462527B - 用於１０００ｂａｓｅ－ｔ及１０ｇｂａｓｅ－ｔ之長距離乙太網 - Google Patents

用於１０００ｂａｓｅ－ｔ及１０ｇｂａｓｅ－ｔ之長距離乙太網 Download PDF

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Description

用於1000BASE-T及10GBASE-T之長距離乙太網
本發明一般係涉及資料通信。更具體而言，本發明涉及增加1000BASE-T和10GBASE-T乙太網的距離。
如IEEE 802.3 10/100/1000/10GBASE-T標準所具體指定的，使用乙太網透過雙絞線的資料通信目前限於100公尺的距離。然而，新的應用已經出現，除了資料速率超過100Mbps以外，還具有大於100公尺距離的要求。例如，多重輸入多重輸出(multiple-input,multiple-output,MINO)無線存取點經常要求具有大於100Mbps的速度之乙太網連接，並且部署在要求乙太網電纜長度大於100公尺的位置。
傳統解決方法包括改變導線或電纜的數量、改變所用的發信號等。然而，這些解決方法每一個都遭遇了諸如複雜性增加、半導體晶粒面積增加、功耗增加等的問題。
一般來說，在一個特點中，一個實施例的特徵在於一種物理層裝置(physical-layer device,PHY)，該PHY包括：資料速率模組，用以選擇資料速率除數N，其中N是正整數或者大於或等於1的實數的至少其中之一；以及PHY核心，其包括用於以M/N Gbps的資料速率來發送第一信號的PHY發送模組，以及用於以M/N Gbps的資料速率接收第二信號的PHY接收模組；其中第一信號和第二信號符合1000BASE-T且其中M=1，以及10GBASE-T且其中M=10的至少其中之一。
PHY的實施例可包括一個或多個以下特徵。某些實施例包括電纜測量模組，用以測量傳輸第一信號和第二信號的電纜的一個或多個特性；其中資料速率模組根據電纜的一個或多個特性來選擇資料速率除數N。在某些實施例中，電纜的一個或多個特性包括：電纜的長度或電纜的信號傳輸品質的至少其中之一。某些實施例包括時鐘縮減電路，用於根據參考時鐘速率來產生本地時鐘速率，其中參考時鐘速率對本地時鐘速率的比例是N；其中PHY核心依據本地時鐘速率來操作。某些實施例包括物理編碼次層(physical coding sublayer,PCS)發送模組，用於以125Mbaud的符號速率來產生脈波振幅調變(pulse-amplitude modulation,PAM-5)符號；以及符號發送模組，用以針對PAM-5符號的每一個在N個連續符號時段來產生PAM-5線路信號。在某些實施例中，每個所產生的PAM-5線路信號的位準表示對應的PAM-5符號。在某些實施例中，每個所產生的PAM-5線路信號的位準表示在連續的PAM-5符號之間的內插。某些實施例包括電纜接收模組，用於根據第二信號來產生PAM-5線路信號；以及符號接收模組，用於為PAM-5線路信號的每一個之每N個連續符號時段產生一個PAM-5符號。某些實施例包括網路介面模組，其包括：PHY；以及媒體存取控制器，用於向PHY模組提供第一資料，並且從PHY接收第二資料。在某些實施例中，網路介面模組進一步包括先進先出緩衝器(first-in first-out buffer,FIFO buffer)，用於儲存從媒體存取控制器所接收的第一資料；以及流量控制電路，用於當儲存在FIFO中的第一資料的量超過預定閾值時向媒體存取控制器發送暫停信號。某些實施例包括網路裝置，其包括網路介面模組。在某些實施例中，網路裝置選自由網路交換器、路由器以及網路介面控制器所組成的群組。
一般來說，在一個特點中，一個實施例的特徵在於一種方法，包括：選擇資料速率除數N，其中N是正整數或者大於或等於1的實數的至少其中之一；以M/N Gbps的資料速率來發送第一信號；以及以M/N Gbps的資料速率來接收第二信號；其中第一信號和第二信號符合1000BASE-T且其中M=1，以及10GBASE-T且其中M=10的至少其中之一。
所述方法的實施例可包括一個或多個以下特徵。某些實施例包括測量傳輸第一信號和第二信號的電纜的一個或多個特性；以及根據電纜的一個或多個特性來選擇資料速率除數N。在某些實施例中，電纜的一個或多個特性包括電纜的長度或者電纜的信號傳輸品質的至少其中之一。某些實施例包括根據參考時鐘速率來產生本地時鐘速率，其中參考時鐘速率對本地時鐘速率的比例是N；其中依據本地時鐘速率來發送第一信號；並且其中依據本地時鐘速率來接收第二信號。某些實施例包括以125Mbaud的符號速率來產生PAM-5符號；以及針對PAM-5符號的每一個在N個連續符號時段產生PAM-5線路信號。在某些實施例中，每個所產生的PAM-5線路信號的位準表示對應的PAM-5符號。在某些實施例中，每個所產生的PAM-5線路信號的位準表示在連續的PAM-5符號之間的內插。某些實施例包括根據第二信號產生PAM-5線路信號；以及為PAM-5線路信號的每一個在每N個連續符號時段產生一個PAM-5符號。某些實施例包括在FIFO中儲存透過第一信號所表示的儲存資料；以及當儲存在FIFO中的資料數量超過預定閾值時發送暫停信號。
在所附圖式和以下描述中陳述了一個或多個實現方式的細節。從以下的描述和所附圖式，以及申請專利範圍中，其他特徵將會更清楚。
本發明的主題涉及增加1000BASE-T和10GBASE-T乙太網的距離，即是，增加1000BASE-T和10GBASE-T乙太網可在其上操作的電纜長度。依據此處所揭露的各種實施例，降低了發送和接收資料速率，同時保留1000BASE-T及/或10GBASE-T的其他特點，諸如PCS、錯誤校正和發信號方案，從而允許指定用於1000BASE-T和10GBASE-T的電纜長度大於100公尺。
圖1描繪了依據一個實施例的資料通信系統100。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，資料通信系統100的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，資料通信系統100的元件可以硬體、軟體或它們的組合的形式來實現。在某些實施例中，資料通信系統100以其他方式與IEEE標準802.3的全部或部分相容，包括草案和批准的修正案。
參考圖1，資料通信系統100包括PHY 102、媒體存取控制器(media access controller,MAC)104和電纜106。PHY 102包括PHY核心108和資料速率模組116，以選擇資料速率除數N。資料速率除數N可手動選擇。PHY核心108包括PHY發送模組110和PHY接收模組112。
圖1的PHY 102可實現在網路介面模組中。網路介面模組可實現在諸如交換器、路由器、網路介面控制器(network interface controller,NIC)等的網路裝置中。圖2表示了具有包括圖1的PHY 102和MAC 104的網路介面模組202的交換器200。圖3表示了具有包括圖1的PHY 102和MAC 104的網路介面模組302的路由器300。圖4表示了具有包括圖1的PHY 102和MAC 104的網路介面模組402的NIC 400。
圖5表示了依據一個實施例的用於圖1的PHY 102的過程500。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，過程500的元件按照一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，在各種實施例中，過程500的一些或所有步驟可按不同順序來執行、同時執行等。
參考圖5，資料速率模組116選擇資料速率除數N(步驟502)。資料速率除數N可為正整數或是大於或等於1的實數。資料速率除數N可手動選擇。例如，資料速率除數可設置在資料通信系統100等的暫存器中。
PHY 102從MAC 104接收資料字130(步驟504)。PHY發送模組以M/N Gbps的資料速率通過電纜106發送表示資料字130的信號138(步驟506)。對於1000BASE-T，M=1。對於10GBASE-T，M=10。其效果是將所發送的資料速率從1000BASE-T或10GBASE-T的資料速率降低了因數N倍。
PHY接收模組112以M/N Gbps的資料速率通過電纜106接收表示資料字146的信號140(步驟508)。對於1000BASE-T，M=1。對於10GBASE-T，M=10。PHY 102根據信號140產生資料字146(步驟510)，並且向MAC 104提供資料字146(步驟512)。其效果是適應從1000BASE-T或10GBASE-T的資料速率而降低了因數N倍的所接收的資料速率。
在某些實施例中，資料速率模組116根據電纜106的一個或多個特性來選擇資料速率除數N。圖6表示了在PHY 102增加電纜測量模組602的圖1的資料通信系統100。
圖7表示了依據一個實施例的用於圖6的PHY 102的過程700。參考圖7，PHY 102的電纜測量模組602測量電纜106的一個或多個特性(步驟702)。電纜測量模組602所測量的特性可包括電纜106的長度、電纜106的信號傳輸品質等。用於測量電纜106的長度的技術揭露於2006年11月10日所申請，美國專利申請號No. 11/595,053，該美國專利申請的揭露透過引用全部併入此處。對電纜106的信號傳輸品質的測量可包括由電纜接收模組128等透過電纜106所接收的信號的「眼睛」張開程度的測量。
根據所測量的電纜106的特性，PHY 102的資料速率模組116選擇資料速率除數N(步驟704)。資料速率除數N可為正整數或是大於或等於1的實數。資料速率除數N可手動選擇。例如，資料速率除數可設置在資料通信系統100等的暫存器中。
或者，資料速率除數N可使用自動協商過程來選擇。例如，自動協商過程可包括IEEE nextPage自動協商、諸如鏈結層發現協定(Link Layer Discovery Protocol,LLDP)之類的高階軟體等。以下描述一個示例的自動協商過程。
PHY 102從MAC 104接收資料字130(步驟706)。PHY發送模組以M/N Gbps的資料速率透過電纜106發送表示資料字130的信號138(步驟708)。對於1000BASE-T，M=1。對於10GBASE-T，M=10。其效果是將所發送的資料速率從1000BASE-T或10GBASE-T的資料速率降低了因數N倍。
PHY接收模組112以M/N Gbps的資料速率透過電纜106接收表示資料字146的信號140(步驟710)。對於1000BASE-T，M=1。對於10GBASE-T，M=10。PHY 102根據信號140產生資料字146(步驟712)，並且向MAC 104提供資料字146(步驟714)。其效果是適應從1000BASE-T或10GBASE-T的資料速率而降低了因數N倍的所接收的資料速率。
PHY 102依據本地時鐘來操作。在某些實施例中，資料速率除數N用來減慢PHY 102的本地時鐘。在這些實施例中，包括類比和數位部分的PHY核心108減慢了因數N倍。其效果是將所發送的資料速率降低了因數N倍，並且適應降低了因數N倍的所接收的資料速率。圖8表示了在PHY 102增加時鐘縮減電路802的圖1的資料通信系統100。
圖9表示了依據一個實施例的用於圖8的PHY 102的過程900。參考圖9，資料速率模組116選擇資料速率除數N(步驟902)。資料速率除數N可為正整數或是大於或等於1的實數。資料速率除數N可手動選擇。例如，資料速率除數可設置在資料通信系統100等的暫存器中。或者，如以上參考圖6和圖7所描述的，資料速率模組116可根據電纜106的一個或多個特性來選擇資料速率除數N。
時鐘縮減電路802根據參考時鐘806和時鐘除數N而產生本地時鐘804，其中參考時鐘速率對本地時鐘速率的比例是N(步驟904)。PHY 102依據本地時鐘804來操作。參考時鐘806可為125MHz GMII時鐘等。
PHY 102從MAC 104接收資料字130(步驟906)。PHY發送模組以M/N Gbps的資料速率透過電纜106發送表示資料字130的信號138(步驟908)。對於1000BASE-T，M=1。對於10GBASE-T，M=10。其效果是將所發送的資料速率從1000BASE-T或10GBASE-T的資料速率降低了因數N倍。
PHY接收模組112以M/N Gbps的資料速率透過電纜106接收表示資料字146的信號140(步驟910)。對於1000BASE-T，M=1。對於10GBASE-T，M=10。PHY 102根據信號140產生資料字146(步驟912)，並且向MAC 104提供資料字146(步驟914)。其效果是適應從1000BASE-T或10GBASE-T的資料速率降低了因數N倍的所接收的資料速率。
在某些1000BASE-T實施例中，PHY核心108之中的數位機制用來降低發送和接收資料速率。圖10描繪了依據一個實施例的1000BASE-T資料通信系統1000。依據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，資料通信系統1000的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，資料通信系統1000的元件可以硬體、軟體或它們的組合的形式來實現。在某些實施例中，資料通信系統1000以其他方式與IEEE標準802.3的全部或部分相容，包括草案和批准的修正案。此外，雖然參考1000BASE-T乙太網描述了這些實施例，但是很容易將它們延伸至10GBASE-T乙太網。
參考圖10，資料通信系統1000包括PHY 102、MAC 104和電纜106。PHY 102包括PHY核心108、電纜測量模組114和資料速率模組116。PHY核心108包括與MAC 104通信的PCS模組1008、與PCS模組1008通信的符號模組1010、以及與符號模組1010通信的電纜模組1012，並且透過電纜106與鏈結夥伴(圖中未示)通信。
PCS模組1008包括PCS發送模組1018和PCS接收模組1020。符號模組1010包括符號發送模組1022和符號接收模組1024。電纜模組1012包括電纜發送模組1026和電纜接收模組1028。PCS發送模組1018、符號發送模組1022和電纜發送模組1026統稱為PHY發送模組110。PCS接收模組1020、符號接收模組1024和電纜接收模組1028統稱為PHY接收模組112。
圖11表示了依據一個實施例的用於圖10的PHY 102的過程1100。依據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，過程1100的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，在各種實施例中，過程1100的一些或所有步驟可按不同順序來執行、同時執行等。
參考圖11，PHY 102的電纜測量模組114測量電纜106的一個或多個特性(步驟1102)。電纜測量模組114所測量的特性可包括電纜106的長度、電纜106的信號傳輸品質等。用於測量電纜106的長度的技術揭露於2006年11月10日所申請，美國專利申請號No. 11/595,053，該美國專利申請的揭露透過引用全部併入此處。對電纜106的信號傳輸品質的測量可包括由電纜接收模組128等透過電纜106所接收的信號的「眼睛」張開程度的測量。
根據所測量的電纜106的特性，PHY 102的資料速率模組116選擇資料速率除數N(步驟1104)。在某些實施例中，N是正整數。在某些實施例中，N是大於或等於1的實數。在一個實施例中，資料速率模組116根據電纜測量模組114所測量的電纜106的長度來選擇資料速率除數N。例如，當電纜106的長度沒有超過1000BASE-T所指定的最大長度100公尺時，資料速率模組116可選擇資料速率除數N=1，導致1000BASE-T資料速率為1Gbps。當電纜106的長度超過100公尺時，資料速率模組116可為N選擇更大的值。在一個實施例中，可選的資料速率除數包括N=1、N=10和N=100，分別導致資料速率為1Gbps、100Mbps和10Mbps。在其他實施例中，可選擇任何資料速率。例如，對於300公尺的電纜長度，可選擇500Mbps的資料速率。
在另一個實施例中，資料速率模組116根據電纜測量模組114所測量的電纜106的信號傳輸品質來選擇資料速率除數N。例如，當對信號傳輸品質的測量值超過第一預定閾值時，資料速率模組116可選擇資料速率除數N=1，導致1000BASE-T資料速率為1Gbps。當信號傳輸品質降低時，資料速率模組116可為N選擇更大的值。
在發送側，PHY 102的PCS模組1008從MAC 104接收八位元的資料字130(步驟1106)。根據每個八位元資料字130，PCS發送模組1018產生四個三位元的PAM-5符號132(步驟1108)。根據PAM-5符號132和所選擇的資料速率除數N，符號模組1010的符號發送模組1022提供PAM-5線路信號134(步驟1110)，其中如以下詳細所述，PAM-5線路信號134以125/N Mbaud表示PAM-5符號132。電纜模組1012的電纜發送模組1026透過電纜106發送1000BASE-T信號138(步驟1112)，其中1000BASE-T信號138表示PAM-5線路信號134。其結果是PHY 102利用1000BASE-T發信號以1/N Gbps的資料速率傳送資料130。
在接收側，電纜模組1012透過電纜106接收1000BASE-T信號140(步驟1114)。根據1000BASE-T信號140，電纜模組1012的電纜接收模組1028提供PAM-5線路信號142(步驟1116)。符號模組1010的符號接收模組1024根據PAM-5線路信號142提供PAM-5符號144(步驟1118)，其中PAM-5線路信號142以125/N Mbaud表示PAM-5符號144。PCS模組1008的PCS接收模組1020根據PAM-5符號144產生八位元資料字146(步驟1120)，並且向MA C104提供資料字146(步驟1122)。其結果是PHY 102利用1000BASE-T發信號以1/N Gbps的資料速率接收資料146。
圖12描繪了依據一個實施例的圖11的PHY 102的進一步細節。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，PHY 102的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，PHY 102的元件可以硬體、軟體或它們的組合的形式來實現。
參考圖12，符號模組1010的符號發送模組1022包括四個符號發送器1202A-D，同時符號模組1010的符號接收模組1024包括四個符號接收器1204A-D。電纜模組1012的電纜發送模組1026包括四個電纜發送器1206A-D，同時電纜模組1012的電纜接收模組1028包括四個電纜接收器1208A-D。電纜106包括四根雙絞銅導線1210A-D。
在發送側，根據從MAC 104所接收的每個八位元資料字130，PCS發送模組1018分別向符號發送器1202A-D提供四個三位元PAM-5符號132A-D。以下在表1中表示了PAM-5符號和PAM-5線路信號位準之間的對應關係。根據PAM-5符號132和所選擇的資料速率除數N，每個符號發送器1202A-D向對應的電纜發送器1206A-D提供對應的PAM-5線路信號134A-D。PAM-5線路信號134A-D以125/N Mbaud表示PAM-5符號132A-D。根據PAM-5線路信號134，每個電纜發送器1026A-D分別透過電纜106的雙絞線1210A-D提供1000BASE-T信號138A-D。
在接收側，電纜接收器1208A-D分別透過電纜106的雙絞線1210A-D接收1000BASE-T信號140A-D。根據1000BASE-T信號140，電纜接收器1208A-D分別向符號接收器1204A-D提供PAM-5線路信號142A-D。根據PAM-5線路信號142，符號接收器1204A-D分別產生PAM-5符號144A-D。PAM-5線路信號142以125/N Mbaud表示PAM-5符號144。根據每組的四個PAM-5符號144A-D，PCS接收模組1020向MAC 104提供八位元資料字146。
圖13表示了依據一個實施例的圖12的符號發送器1202A的細節。符號發送器1202B-D可以類似的方式來實現。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，符號發送器1202A的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，符號發送器1202A的元件可以硬體、軟體或它們的組合的形式來實現。
參考圖13，符號發送器1202A包括發送濾波器1302A。對於每個從PCS發送模組1018所接收的PAM-5符號132A，發送濾波器1302A為N個1000BASE-T符號時段產生對應的PAM-5線路信號134A，其中N是所選擇的資料速率除數，並且1000BASE-T符號時段是8ns。對於1Gbps的全資料速率操作，N=1。N的值可由資料速率模組116來提供，或者可實現為圖8的時鐘縮減電路802。
在某些實施例中，發送濾波器1302A包括複製模組1304。複製模組1304為對應的N個1000BASE-T符號時段產生表示每個PAM-5符號132A的PAM-5線路信號134A的位準。此技術有效地提供了每個PAM-5符號132A的N個連續複製品，從而將1000BASE-T的資料速率降低了因數N倍。
在某些實施例中，發送濾波器1302A包括內插模組1306。內插模組1306為對應的N個1000BASE-T符號時段產生表示在連續的PAM-5符號132A之間的內插的PAM-5線路信號134A的位準。這些內插也將1000BASE-T的資料速率降低了因數N倍，並且為傳輸產生了更平滑的曲線。
圖14表示了依據一個實施例的圖12的符號接收器1204A的細節。符號接收器1204B-D可以類似的方式來實現。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，符號接收器1204A的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，符號接收器1204A的元件可以硬體、軟體或它們的組合的形式來實現。
參考圖14，符號接收器1204A包括接收濾波器1402A。接收濾波器1402A為PAM-5線路信號142A的每N個1000BASE-T符號時段產生一個PAM-5符號144A，其中N是所選擇的資料速率除數N。對於1Gbps的全資料速率操作，N=1。N的值可由資料速率模組116提供，或者可實現為圖8的時鐘縮減電路802。
在某些實施例中，接收濾波器1402A包括採樣模組1412。接收濾波器1402A可根據PAM-5線路信號142A而為每個1000BASE-T符號時段產生內部PAM-5符號，然後採樣模組1412可向PCS模組1008提供每第N個內部PAM-5符號作為PAM-5符號144A。
在某些實施例中，接收濾波器1402A包括函數模組1414。函數模組1414在N個1000BASE-T符號時段期間產生每個PAM-5符號144A作為PAM-5線路信號142A的位準的函數。例如，可在N個1000BASE-T符號時段期間根據PAM-5線路信號142A的位準的平均值而產生每個PAM-5符號144A。也可預期其他函數。
再度參考圖1，各種技術可用來當PHY 102正以降低的資料速率操作時允許MAC 104與PHY 102一起操作。例如，MAC 104可依據所選擇的資料速率除數N來調節它的時鐘速率。
在一個1000BASE-T的示例中，PHY 102可以所選擇的100Mbps的資料速率來操作，同時MAC 104以100Mbps GMII資料速率來操作。與標準100BASE-TX相較，此方法的優點是當電纜106的長度超過100公尺時，性能可超過100BASE-TX的性能。
作為另一個示例，MAC 104可使用資料字複製以降低對PHY 102的資料傳送的有效速率。依據這樣的實施例，MAC 104和PHY 102之間的鏈結以全速運作(即是，對於1000BASE-T為1Gbps，對於10GBASE-T為10Gbps)，並且MAC 104向PHY 102將每個資料字發送N次，導致有效資料速率對於1000BASE-T為1/N Gbps，對於10GBASE-T為10/N Gbps。
作為另一個示例，PHY 102和MAC 104可使用流量控制來以不同的資料速率操作。此技術允許MAC 104以1000Mbps、100Mbps等的標準GMII資料速率從主機接收資料，同時PHY 102可以其他資料速率來操作。
在某些實施例中，MAC 104和PHY 102使用帶外流量控制。例如，PHY 102可利用一個或多個專屬接腳向MAC 104提供流量控制信號。在其他實施例中，MAC 104和PHY 102使用帶內流量控制。圖15表示了依據使用帶內流量控制的實施例的圖1的MAC 104和PHY 102的簡化示意圖。
參考圖15，PHY 102包括儲存從MAC 104所接收的資料130的第一FIFO 1520，以及當儲存在FIFO 1502中的資料130的量超過預定閾值時，向MAC 104發送暫停信號1506的流量控制電路1504。這樣的流量控制技術的進一步細節揭露於2007年4月4日所申請，美國專利申請號No. 11/696,476，該美國專利申請的揭露透過引用全部併入此處。
在使用電纜長度來選擇資料速率的實施例中，可預期兩個鏈結夥伴都將會獲得類似的電纜長度測量值，所以將會選擇相同資料速率以用於通信。然而，當使用信號傳輸品質來選擇資料速率時，鏈結夥伴可能獲得信號品質的不同測量值。在這些實施例中，鏈結夥伴可使用帶內發信號來確定兩個鏈結夥伴都選擇相同資料速率。
圖16表示了依據一個實施例的用於圖1的PHY 102的帶內發信號過程1600。PHY 102的鏈結夥伴可使用類似的過程。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，過程1600的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，在各種實施例中，過程1600的一些或所有步驟可按不同順序來執行、同時執行等。
參考圖16，PHY 102首先選擇1Gbps的全資料速率(步驟1602)。如果信號品質足夠(步驟1604)，並且鏈結夥伴報告了足夠的信號品質(步驟1606)，那麼過程1600結束(步驟1608)。但是如果信號品質不足(步驟1604)，那麼PHY 102通知鏈結夥伴(步驟1610)並且在再次檢查信號品質(步驟1604)之前將資料速率降低一預定的量(步驟1612)。此外，如果鏈結夥伴報告了不足的信號品質(步驟1606)，那麼PHY 102降低資料速率(步驟1612)並且再次檢查信號品質(步驟1604)。
圖17表示了依據一個實施例的用於圖1的PHY 102的自動協商過程1700。PHY 102的鏈結夥伴可使用類似的過程。根據此處所提供的揭露和教導，相關領域的技術人員將會清楚，雖然在所描述的實施例中，過程1700的元件按一種配置來呈現，但是其他實施例可以其他配置為特徵。例如，在各種實施例中，過程1700的一些或所有步驟可按不同順序來執行、同時執行等。
參考圖17，PHY 102和它的鏈結夥伴選擇表示PHY 102可支援的最高速度之最小資料速率除數N1min(步驟1702)。例如，PHY 102可使用用於選擇資料速率除數N的上述技術。鏈結夥伴也選擇最小資料速率除數N2min。
PHY 102具有透過最大資料速率除數N1max來表示的預定最小支援速度。鏈結夥伴也具有透過最大資料速率除數N2max來表示的預定最小支援速度。在自動協商期間，PHY 102和它的鏈結夥伴互相通知它們的Nmin和Nmax的值(步驟1704)。
如果(N1max<N2min)或(N2max<N1min)(步驟1706)，那麼就沒有共同速度，並且過程1700結束(步驟1708)。否則，PHY 102和它的鏈結夥伴都選擇作為N1min和N2min的更大者的共同資料速率除數N(步驟1710)。過程1700結束(步驟1708)。
各種實施例可以數位電子電路系統的形式，或者以電腦硬體、韌體、軟體形式，或者以它們的組合的形式來實現。該等裝置實現於可具體地實施在機器可讀儲存裝置中、用於透過可程式化處理器來執行的電腦程式產品中；並且這些方法步驟可透過執行指令程式的可程式化處理器來執行，該指令程式透過操作輸入資料並產生輸出來執行功能。該等實施例可實現在可程式化系統上可執行的一個或多個電腦程式中，該可程式化系統包括至少一個耦合的、用於從資料儲存系統接收資料和指令並且向資料儲存系統發送資料和指令的可程式化處理器，至少一個輸入裝置以及至少一個輸出裝置。如果需要的話，每個電腦程式可用高階程序性的或個體導向的程式化語言，或者以組配或機器語言來實現；並且在任何情況下，語言可以是編譯的或解譯的語言。合適的處理器例如包括通用和專用微處理器。一般來說，處理器將會從唯讀記憶體及/或隨機存取記憶體接收指令和資料。一般來說，電腦將包括用於儲存資料檔案的一個或多個大量儲存裝置；這樣的裝置包括磁碟，諸如內部硬碟和可移動磁碟；磁光碟；以及光碟。適用於具體地實施電腦程式指令和資料的儲存裝置包括所有形式的非揮發性記憶體，包括以示例半導體記憶體裝置的方式，諸如可抹除可程式唯讀記憶體(erasable programmable read-only memory,EPROM)、電子可抹除可程式唯讀記憶體(electrically-erasable programmable read-only memory,EEPROM)以及快閃記憶體裝置；磁碟，諸如內部硬碟和可移動磁碟；磁光碟；以及唯讀光碟(compact disc read-only memory,CD-ROM)。上述任何內容可透過特殊應用積體電路(application-specific integrated circuits,ASIC)來補充，或可併入ASIC中。
已描述了一些實現方式。然而，可理解的是，在不脫離本發明的範圍的情況下可進行各種修改。因此，其他實現方式也在申請專利範圍的範圍中。
100．．．資料通信系統
102．．．物理層裝置(PHY)
104．．．媒體存取控制器(MAC)
106．．．電纜
108．．．PHY核心
110．．．PHY發送模組
112．．．PHY接收模組
114．．．電纜測量模組
116．．．資料速率模組
130．．．資料字
132．．．PAM-5符號
132A-132D．．．PAM-5符號
134．．．PAM-5線路信號
134A-134D．．．PAM-5線路信號
138．．．信號
138A-138D．．．1000BASE-T信號
140．．．信號
140A-140D．．．1000BASE-T信號
142．．．PAM-5線路信號
142A-142D．．．PAM-5線路信號
144．．．PAM-5符號
144A-144D．．．PAM-5符號
146．．．資料字
200．．．交換器
202．．．網路介面模組
300．．．路由器
302．．．網路介面模組
400．．．網路介面控制器(NIC)
402．．．網路介面模組
500．．．過程
502～512．．．步驟
600．．．資料通信系統
602．．．電纜測量模組
700．．．過程
702～714．．．步驟
800．．．資料通信系統
802．．．時鐘縮減電路
804．．．本地時鐘
806．．．參考時鐘
900．．．過程
902～914．．．步驟
1000．．．資料通信系統
1008．．．PCS模組
1010．．．符號模組
1012．．．電纜模組
1018．．．PCS發送模組
1020．．．PCS接收模組
1022．．．符號發送模組
1024．．．符號接收模組
1026．．．電纜發送模組
1028．．．電纜接收模組
1100．．．過程
1102～1122．．．步驟
1202A～1202D．．．符號發送器
1204A～1204D．．．符號接收器
1206A～1206D．．．電纜發送器
1208A～1208D．．．電纜接收器
1210A～1210D．．．雙絞銅導線
1302A．．．發送濾波器
1304．．．複製模組
1306．．．內插模組
1402A．．．接收濾波器
1412．．．採樣模組
1414．．．函數模組
1502．．．先入先出緩衝器(FIFO)
1504．．．流量控制電路
1506．．．暫停信號
1600．．．帶內發信號過程
1602～1612．．．步驟
1700．．．自動協商過程
1702～1710．．．步驟
圖1描繪了依據一個實施例的資料通信系統；
圖2表示了具有包括圖1的PHY和MAC的網路介面模組的交換器；
圖3表示了具有包括圖1的PHY和MAC的網路介面模組的路由器；
圖4表示了具有包括圖1的PHY和MAC的網路介面模組的NIC；
圖5表示了依據一個實施例的用於圖1的PHY的過程；
圖6表示了在PHY增加電纜測量模組的圖1的資料通信系統；
圖7表示了依據一個實施例之用於圖6的PHY的過程；
圖8表示了在PHY增加時鐘縮減電路之圖1的資料通信系統；
圖9表示了依據一個實施例之用於圖8的PHY的過程；
圖10描繪了依據一個實施例的1000BASE-T資料通信系統；
圖11表示了依據一個實施例之用於圖10的PHY的過程；
圖12描繪了依據一個實施例的圖11的PHY的進一步細節；
圖13表示了依據一個實施例的圖12的符號發送器的細節；
圖14表示了依據一個實施例的圖12的符號接收器的細節；
圖15表示了依據使用帶內流量控制的實施例的圖1的MAC和PHY的簡化示意圖；
圖16表示了依據一個實施例之用於圖1的PHY的帶內發信號過程；以及
圖17表示了依據一個實施例之用於圖1的PHY的自動協商過程。
用在本說明書中的每個參考數字的開頭一位數字或幾位數字表示該參考數字第一次出現的圖式的號碼。
100．．．資料通信系統
102．．．物理層裝置(PHY)
104．．．媒體存取控制器(MAC)
106．．．電纜
108．．．PHY核心
110．．．PHY發送模組
112．．．PHY接收模組
116．．．資料速率模組
130．．．資料字
138．．．信號
140．．．信號
146．．．資料字

Claims (16)

  1. 一種物理層裝置(physical-layer device,PHY)，包括：一資料速率模組，以選擇一資料速率除數N，其中N是一大於1的正整數或者一大於1的實數的至少其中之一；一PHY核心，包括：一PHY發送模組，用於在一電纜以M/N Gbps的一資料速率來發送複數個第一信號，其中M是一正整數；以及一PHY接收模組，用於在該電纜以M/N Gbps的該資料速率來接收複數個第二信號，其中當M=1時，該等第一信號和該等第二信號符合1000BASE-T，且其中當M=10時，該等第一信號和該等第二信號符合10GBASE-T；以及一電纜測量模組，用以測量傳輸該等第一信號和該等第二信號的該電纜之一個或多個特性，其中該資料速率模組根據該電纜的該等一個或多個特性來選擇該資料速率除數N。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，其中該電纜的該等一個或多個特性包括該電纜的一長度或者該電纜的一信號傳輸品質的至少其中之一。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，進一步包括：一時鐘縮減電路，用以根據一參考時鐘速率來產生一本地時鐘速率，其中該參考時鐘速率對該本地時鐘速率的一比例是N，且該PHY核心依據該本地時鐘速率來操作。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，進一步包括：一物理編碼次層(physical coding sublayer,PCS)發送模組，用於以125 Mbaud的一符號速率來產生複數個脈波振幅調變(pulse-amplitude modulation,PAM-5)符號；以及一符號發送模組，用於針對該等PAM-5符號的每一個在N個連續符號時段來產生一PAM-5線路信號。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述的PHY，其中每一個所產生的PAM-5線路信號的複數個位準表示該對應的PAM-5符號。
  6. 依據申請專利範圍第4項所述的PHY，其中每一個所產生的PAM-5線路信號的複數個位準表示在連續的該等PAM-5符號之間的內插。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，進一步包括：一電纜接收模組，用於根據該等第二信號來產生PAM-5線路信號；以及一符號接收模組，用於為每一個該等PAM-5線路信號的每N個連續符號時段來產生一個PAM-5符號。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，進一步包括：一物理編碼次層發送模組，被配置以根據第一資料產生複數個5-位準脈波振幅調變符號；以及一符號發送模組，被配置以根據該等5-位準脈波振幅調變符號及該資料速率除數N產生一5-位準脈波振幅調變線路信號，其中該PHY發送模組被配置以透過一電纜以M/N Gbps的該資料速率發送表示該等5-位準脈波振幅調變線路信號的該等第一信號，且其中該PHY接收模組被配置以透過該電纜以M/N Gbps的該資料速率接收該等第二信號。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，進一步包括：一時鐘縮減電路，被配置以根據一參考時鐘速率產生一本地時鐘速率，其中：該參考時鐘速率對該本地時鐘速率的一比例是N；該PHY核心被配置以根據該本地時鐘速率來操作；一物理編碼次層發送模組被配置用於以125 Mbasud的一符號速率產生5-位準脈波振幅調變符號；以及一符號發送模組被配置以針對該等5-位準脈波振幅調變符號的每一個在N個連續符號時段產生一5-位準脈波振幅調變線路信號。
  10. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，其中：該資料速率除數N係選自一組數字；該組數字包括不能被10除盡的數字；且該M/N資料速率係不能被10除盡。
  11. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，其中：該PHY核心包括：一物理編碼次層發送模組，被配置以根據第一資料產生複數個5-位準脈波振幅調變符號，以及 一符號發送模組，被配置以根據該等5-位準脈波振幅調變符號及該資料速率除數N產生一5-位準脈波振幅調變線路信號；該等第一信號表示該等所產生的5-位準脈波振幅調變符號；以及當M/N資料速率小於1000bps時，該等第一信號及該等第二信號符合100BASE-T，且當M/N資料速率大於或等於1000bps並且小於10Gbps時，該等第一信號及該等第二信號符合10GBASE-T。
  12. 依據申請專利範圍第1項所述的PHY，其中：該等第一信號及該等第二信號當M=1時保留1000BASE-T的特性及當M=10時保留10GBASE-T的特性；以及該等特性包括物理編碼次層、錯誤校正格式及發信號格式的特點。
  13. 一種網路介面模組，包括：如申請專利範圍第1項所述的PHY；以及一媒體存取控制器，用於向該PHY發送模組提供第一資料，並且從該PHY接收模組接收第二資料。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述的網路介面模組，進一步包括：一先進先出緩衝器(first-in first-out buffer,FIFO)，用於儲存從該媒體存取控制器所接收的第一資料；以及一流量控制電路，用於當儲存在該FIFO中的第一資料的一數量超過一預定閥值時，向該媒體存取控制器發送一暫停信號。
  15. 一種網路裝置，包括如申請專利範圍第13項所述的網路介面模組。
  16. 依據申請專利範圍第15項所述的網路裝置，其中所述網路裝置係選自由一網路交換器、一路由器以及一網路介面控制器所組成的一群組。
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