Aplicações para teste e medição

Os equipamentos de teste e monitoramento de comunicação são compostos por vários produtos nos segmentos de mercado com fio, sem fio, fibra ótica, e telecomunicações. Esses produtos incluem analisadores de rede/protocolo, analisadores de espectro, testadores de taxa de erros de bit (BERTs), testadores de voz sobre ip (VoIP), testadores SONET/SDH, e muito mais.

Desenvolver produtos de teste de comunicação apresenta um desafio triplo:

1. A necessidade de suportar uma variedade de padrões como o PCI Express* (PCIe-gen3 e PCIe-gen4*) e Ethernet de 10 Gigabits (10 GbE) antes dos fabricantes de equipamentos
   
2. A pressão constante para atualizar produtos que suportem padrões emergentes, novos recursos e uma nova funcionalidade
3. A necessidade de reduzir a quantidade de placas através da integração de alto desempenho
   

Como resultado, os desenvolvedores precisam de soluções programáveis que proporcionem flexibilidade de atualização e que prolonguem a vida útil dos equipamentos de testes. A programabilidade é uma exigência de negócios e de projeto, tornando os FPGAs a solução ideal para essas aplicações.

A figura abaixo ilustra o uso das funções de Intel® FPGAs e de propriedade intelectual (PI) Intel® FPGA em um analisador de rede/protocolo multiporta. Há três blocos funcionais principais em um testador típico de placa de linha: um gerador, um framer/controle de acesso à mídia (MAC), e um analisador. O gerador gera o padrão de teste, que é enviado para o framer para enquadramento e depois para o dispositivo em teste (DUT). Após o retorno dos dados do DUT, o framer envia os dados para o analisador para testes de taxa de erro de bits (BER), histograma e vários outros procedimentos de teste.

Principais variáveis da arquitetura do sistema

• Número de portas no cartão de linha
• Potência (dissipação de energia total por placa: máximo de 50 a 60 W)
• Múltiplas portas com protocolos de rede diferentes (Ethernet, GbE, ótico, etc.)
• Particionamento de software/hardware (Camadas 1 a 7)

Analisador de rede/protocolo multiportas

Soluções

A arquitetura rica em recursos do Intel Stratix-10 oferece uma excelente solução para as necessidades de produção de equipamentos para testes de comunicação. Estas famílias de dispositivos programáveis oferecem aos desenvolvedores de sistemas flexibilidade, desempenho, integração e recursos de projeto que não estão disponíveis em qualquer outra solução de dispositivos. Estes dispositivos, juntamente com o amplo portfólio de núcleos de PI da Intel oferecem soluções de desenvolvimento líderes do setor para a próxima geração de equipamentos para testes de comunicação.

Os FPGAs da série Intel® Stratix® 10 utilizam uma arquitetura de alto desempenho que acelera projetos baseados em blocos para o máximo desempenho do sistema. Os dispositivos Intel® Stratix® 10 incluem até 2,75 milhões de elementos lógicos (LE) equivalentes, até 229 MB de memória integrada, alto desempenho, blocos de processamento de sinal digital (DSP) de precisão variável com até 11.520 multiplicadores de alto desempenho de 18x19, e E/S flexíveis para os padrões de interface mais populares. As famílias incluem SX, GX, TX, MX, com uma ampla variedade de recursos e opções de desempenho para alinhar as melhores soluções às necessidades da próxima geração. A família Stratix® 10 MX possui uma memória de alta largura de banda (HBM) integrada de 3,25 GB a 16 GB, oferecendo uma taxa de transferência de até 512 GB/s, reduzindo significativamente o tamanho geral da solução e oferecendo uma maior confiabilidade através de uma integração líder do setor. Os dispositivos Stratix® 10 SX contêm uma APU ARM Cortex-A53 de 64 bits integrada, um suporte de software complexo e completo, e ferramentas de aceleração de desenvolvimento de software (GPOS e RTOS).

Os dispositivos da série Intel® Stratix® 10 também incluem dispositivos de produção com transceptores capazes de taxas de dados de até 58 Gbps, com comutação ininterrupta entre a operação em PAM4 e NRZ, além de até 144 canais de transceptores full-duplex, com a precisão necessária para vários protocolos seriais, como o PCIe 1.1, 2.0 e 3.0. (Solicite por e-mail ou telefone as soluções de interconexão de dispositivos periféricos mais recentes, incluindo PCI Express* Gen4 x16.) A inclusão de transceptores integrados em alguns membros da família proporciona uma solução eficiente tanto em termos de custos quanto de espaço da placa para os produtos de testadores de comunicação. Os dispositivos Intel® Stratix® 10 incluem a memória integrada e os recursos de LE necessários para as funções de processamento de entrada e saída de dados, como enquadramentos, testes de BER, e sincronização de sinal do clock. Os dispositivos Stratix® 10 também incluem um MAC Ethernet de 100 Gigabits e uma variedade de soluções FEC.

A série de FPGAs Intel® Arria® 10 incluem inovações exclusivas, como um processador dual-core ARM* Cortex*-A9 MPCore* integrado. Este sistema de processadores físicos (HPS) inclui um rico conjunto de periféricos reforçados, e um subsistema seguro de alto desempenho. A família Arria® 10 oferece até 78 transceptores full-duplex com taxas de dados até 25,78 Gbps chip a chip, backplane de 12,5 Gbps e elementos lógicos (LE) equivalentes de até 1,150 K, interfaces de memória reforçadas, e uma arquitetura de núcleos com eficiência energética que inclui módulos de lógica adaptativa (ALM), blocos de DSP de precisão variável, blocos de memória distribuída, e PLLs (Phase-Locked Loops) para síntese de clock fracionada.

Os FPGAs de baixo custo Intel® Cyclone® são perfeitos para aplicações que precisam de um custo mais baixo por porta. Um dispositivo Cyclone® pode ser usado com núcleos Intel® IP, como o núcleo do controlador 10/100 Ethernet MAC, para reduzir o tempo do projeto. O processador embarcado Nios® II pode ser usado para executar algumas funções de controle dentro do sistema. A integração de vários dispositivos dedicados em um único dispositivo Intel® Cyclone® reduz o número de componentes integrados e também reduz o custo e o tempo do projeto. Os dispositivos Cyclone® possuem uma arquitetura de dispositivos altamente eficiente e atendem aos requisitos de desempenho de produtos de teste de comunicação econômicos. Os dispositivos Cyclone® de baixo custo usados em combinação com núcleos Intel® IP podem levar a ciclos de desenvolvimento mais curtos, oferecendo um tempo de comercialização mais rápido e uma economia de custos significativa.

O Intel® MAX® 10 também é uma solução ideal para tradução de barramentos no sistema e gerenciamento complexo de sistemas de fornecimento de energia, incluindo soluções de gerenciamento de energia pré-verificadas da família Intel® Enpirion® de soluções integradas de gerenciamento de energia de alta eficiência, projetadas e verificadas especificamente para todos os dispositivos FPGA Intel® PSG.

A Intel oferece uma variedade de núcleos de PI que podem ser utilizados em equipamentos de testadores. Interfaces chip a chip de alta velocidade, como SFI, SPI3, SPI4.x, SGMII e XAUI, e interfaces de memória, como DDR3 e RLDRAM III, podem ser baixadas no site do Portfólio Intel® FPGA IP.

Testador 400GE com transceptores 8x56Gbps

Os testadores de comunicações, como sistemas de testes de comunicações com fio e sem fio, abrangem uma série de soluções de teste específicas para normas, que exigem as capacidades de desempenho de ponta mais recentes para capacitar novas indústrias de comunicações emergentes, como sistemas de teste de comunicação para 400G/800G Ethernet ou 5G sem fio.

Construídos com a premiada arquitetura Stratix®, dispositivos da série Stratix® 10 incluem a memória integrada e os recursos de LE necessários para funções de processamento de pinos de entrada e de saída, como a sincronização de sinais e a análise de temporização. A série de dispositivos Intel® Stratix® integra até 60 transceptores de 58 Gbps (ou 120 transceptores NRZ) com até 24 transceptores adicionais de 28,3 Gbps e 17,4 Gbps, com a integridade de sinal necessária para protocolos seriais, como o PCIe-Gen3. Os dispositivos Stratix® 10 também incluem um MAC Ethernet de 100 Gigabits e uma variedade de soluções FEC para aplicações Gigabit Ethernet. (Solicite por e-mail ou telefone as soluções de interconexão periférica mais recentes, incluindo PCI Express* Gen4 x16, e o roteiro das soluções Intel® PSG para a próxima geração de Transceptores Gigabit, soluções FEC de alto nível, e soluções de DSP TeraFLOPS.)

Os equipamentos de teste automatizados (ATE) para semicondutores são compostos por várias placas ou instrumentos utilizados para testar memória, componentes digitais, de sinal misto e de sistemas em chip (SoC), tanto nos estágios de wafer quanto de pacote. Impulsionados pela demanda nos mercados de consumo, computação e comunicação, esses sistemas de testes continuam evoluindo. Para acompanhar a inovação na indústria de semicondutores, os produtos de ATE atuais devem oferecer mais funcionalidades em velocidades mais altas do que nunca.

A lógica programável desempenha um papel importante no desenvolvimento de produtos de ATE, oferecendo flexibilidade e escalabilidade. Funções como precisão de temporização, controle de memória, análise de processamento de sinal digital (DSP), capacidade de E/S de alta velocidade e adequação do jitter são todas servidas pela lógica programável. A figura abaixo mostra um cartão de instrumentos típico em um sistema ATE. Com a crescente complexidade dos produtos ATE, novas propriedades intelectuais (PI) continuam a ser integradas na lógica programável.

A Intel oferece uma variedade de núcleos de PI que podem ser utilizados em produtos ATE. Interfaces de memória, como DDR3, DDR4 e RLDRAM III, ou interfaces de barramentos de alta velocidade, como PCI Express* (PCIe-gen3), SFI e SerialLite (um protocolo de dados de ponto a ponto leve e com alta largura de banda) podem ser baixados no site do Portfólio Intel® FPGA IP. (Solicite por e-mail ou telefone as soluções de interconexão de dispositivos periféricos mais recentes, incluindo PCI Express* Gen4 x16.)

Estação de testes ATE típica

Soluções

A arquitetura rica em recursos das famílias de dispositivos Stratix® 10, Arria® 10, e Cyclone® oferece uma excelente solução para a produção de ATE. Estas famílias de dispositivos oferecem aos desenvolvedores de sistemas flexibilidade, desempenho, integração e recursos de projeto que não estão disponíveis em qualquer outra solução de dispositivos. Estes produtos de silício, combinados com o extenso portfólio de núcleos de PI, oferecem aos desenvolvedores soluções líderes da indústria para o desenvolvimento de plataformas ATE de última geração.

FPGAs da série Stratix® 10 com 2,75 milhões de elementos lógicos (LE) equivalentes, até 229 MB de memória integrada, alto desempenho, blocos de processamento de sinal digital (DSP) de precisão variável com até 11.520 multiplicadores de alto desempenho de 18x19, e E/S flexíveis para as normas de interface mais populares. As famílias incluem SX, GX, TX, MX, com uma ampla variedade de recursos e opções de desempenho para alinhar as melhores soluções às necessidades da próxima geração. A família Stratix® 10 MX possui uma memória de alta largura de banda (HBM) integrada de 3,25 GB a 16 GB, oferecendo uma taxa de transferência de até 512 GB/s, reduzindo significativamente o tamanho geral da solução e oferecendo uma maior confiabilidade através de uma integração líder do setor. Os dispositivos Stratix® 10 SX contêm uma APU ARM Cortex-A53 de 64 bits integrada, um suporte de software complexo e completo, além de ferramentas de aceleração de desenvolvimento de software (GPOS e RTOS).

Construídos com a premiada arquitetura Stratix®, dispositivos da série Stratix® 10 incluem a memória integrada e os recursos de LE necessários para funções de processamento de pinos de entrada e de saída, como a sincronização de sinais e a análise de temporização. A série de dispositivos Intel® Stratix® integra até 60 transceptores de 58 Gbps (ou 120 transceptores NRZ) com até 24 transceptores adicionais de 28,3 Gbps e 17,4 Gbps, com a integridade de sinal necessária para protocolos seriais, como o PCIe Gen3. (Solicite por e-mail ou telefone as soluções de interconexão periférica mais recentes, incluindo PCI Express* Gen4 x16, e o roteiro das soluções Intel® PSG para a próxima geração de Transceptores Gigabit, soluções FEC de alto nível, e soluções de DSP TeraFLOPS.) Os dispositivos Stratix® 10 também incluem um MAC Ethernet de 100 Gigabits e uma variedade de soluções FEC.

A série de FPGAs Intel® Arria® 10 incluem inovações exclusivas, como um processador dual-core ARM* Cortex*-A9 MPCore* integrado. Este sistema de processadores físicos (HPS) inclui um rico conjunto de periféricos reforçados, e um subsistema seguro de alto desempenho. A família Arria® 10 oferece até 78 transceptores full-duplex com taxas de dados até 25,78 Gbps chip a chip, backplane de 12,5 Gbps e elementos lógicos (LE) equivalentes de até 1,150 K, interfaces de memória reforçadas, e uma arquitetura de núcleos com eficiência energética que inclui módulos de lógica adaptativa (ALM), blocos de DSP de precisão variável, blocos de memória distribuída, e PLLs (Phase-Locked Loops) para síntese de clock fracionada.

A Intel oferece uma variedade de núcleos de PI que podem ser utilizados em equipamentos para teste. Interfaces chip a chip e interfaces de memória, como DDR3, DDR4 e RLDRAM III, podem ser baixadas no site do Portfólio Intel® FPGA IP.

A série de dispositivos de alta densidade e baixo custo Intel® Cyclone® FPGA é perfeita para aplicações que exigem um preço mais baixo por pino. Os dispositivos Cyclone® podem ser usados em conjunto com núcleos Intel® IP, como o processador embarcado Nios® II, para implementar funções de controle que encurtam significativamente o tempo de projeto. Esta função de PI integrada pode reduzir os ciclos de desenvolvimento, reduzir os custos e proporcionar um tempo de comercialização mais rápido. A integração de vários periféricos em um único dispositivo da série Intel® Cyclone® reduz o número de componentes dedicados em placas, juntamente com os custos e duração de projeto relacionados, levando a economias significativas. Com uma arquitetura de dispositivos altamente eficiente, os dispositivos da série Intel® Cyclone® atendem às necessidades de desempenho e integração dos produtos ATE.

Instrumentação de testes e medição

Os instrumentos de teste de uso geral são compostos por produtos como osciloscópios, analisadores lógicos, geradores de sinal, testadores de vídeo, testadores automotivos e muito mais. Esses produtos são utilizados em múltiplas aplicações em ambientes que vão de laboratórios a instalações de fabricação.

A lógica programável continua desempenhando um papel importante no desenvolvimento de instrumentos de teste para fins gerais. A flexibilidade e escalabilidade do FPGA aceleram o tempo de comercialização e reduzem o risco. Isso, juntamente com os rápidos avanços na capacidade de integração, tornaram a lógica programável a nova peça central das equipes de desenvolvimento de hardware e software.

Além do uso de lógica programável, inúmeras novas estruturas de circuito estão surgindo à medida que os requisitos de desempenho e as densidades de circuito aumentam. O uso significativo de novos barramentos, com frequência envolvendo a transferência serial de dados de alta velocidade, e o uso regular de dispositivos de sistema em chip (SoC) e sistema em chip programável (SOPC) estão invadindo o setor. Agora, os desenvolvedores devem lidar com estruturas de projeto e circuitos muito complexas, tornando a depuração no circuito mais difícil e, ao mesmo tempo, ainda mais necessária.

Uso típico de FPGA em osciloscópios portáteis

Uso típico de FPGA em equipamentos de teste de vídeo

Soluções

A arquitetura rica em recursos das famílias de dispositivos Stratix® 10, Arria® 10, e Cyclone® oferece uma excelente solução para a produção de instrumentos de testes para fins gerais. Estas famílias de dispositivos oferecem aos desenvolvedores de sistemas flexibilidade, desempenho, integração e recursos de projeto que não estão disponíveis em qualquer outra solução de dispositivos. Estes produtos de silício, combinados com o extenso portfólio de núcleos de PI, oferecem aos desenvolvedores soluções líderes da indústria para o desenvolvimento de plataformas ATE, assim como plataformas de testes de vídeo de alta largura de banda, de última geração.

FPGAs da série Stratix® 10 com 2,75 milhões de elementos lógicos (LE) equivalentes, até 229 MB de memória integrada, alto desempenho, blocos de processamento de sinal digital (DSP) de precisão variável com até 11.520 multiplicadores de alto desempenho de 18x19, e E/S flexíveis para os padrões de interface mais populares. As famílias incluem SX, GX, TX, MX, com uma ampla variedade de recursos e opções de desempenho para alinhar as melhores soluções às necessidades da próxima geração. A família Stratix® 10 MX possui uma memória de alta largura de banda (HBM) integrada de 3,25 GB a 16 GB, oferecendo uma taxa de transferência de até 512 GB/s, reduzindo significativamente o tamanho geral da solução e oferecendo uma maior confiabilidade através de uma integração líder do setor. Os dispositivos Stratix® 10 SX contêm uma APU ARM Cortex-A53 de 64 bits integrada, um suporte de software complexo e completo, além de ferramentas de aceleração de desenvolvimento de software (GPOS e RTOS).

Construídos com a premiada arquitetura Stratix®, dispositivos da série Stratix® 10 incluem a memória integrada e os recursos de LE necessários para funções de processamento de pinos de entrada e de saída, como a sincronização de sinais e a análise de temporização. A série de dispositivos Intel® Stratix® integra até 60 transceptores de 58 Gbps (ou 120 transceptores NRZ) com até 24 transceptores adicionais de 28,3 Gbps e 17,4 Gbps, com a integridade de sinal necessária para protocolos seriais, como o PCIe Gen3. (Solicite por e-mail ou telefone as soluções de interconexão periférica mais recentes, incluindo PCI Express* Gen4 x16, e o roteiro das soluções Intel® PSG para a próxima geração de Transceptores Gigabit, soluções FEC de alto nível, e soluções massivas de DSP TeraFLOPS.) Os dispositivos Stratix® 10 também incluem um MAC Ethernet de 100 Gigabits e uma variedade de soluções FEC.

A série de FPGAs Intel® Arria® 10 incluem inovações exclusivas, como um processador dual-core ARM* Cortex*-A9 MPCore* integrado. Este sistema de processadores físicos (HPS) inclui um rico conjunto de periféricos reforçados, e um subsistema seguro de alto desempenho. A família Arria® 10 oferece até 78 transceptores full-duplex com taxas de dados até 25,78 Gbps chip a chip, backplane de 12,5 Gbps e elementos lógicos (LE) equivalentes de até 1,150 K, interfaces de memória reforçadas, e uma arquitetura de núcleos com eficiência energética que inclui módulos de lógica adaptativa (ALM), blocos de DSP de precisão variável, blocos de memória distribuída, e PLLs (Phase-Locked Loops) para síntese de clock fracionada.

A Intel oferece uma variedade de núcleos de PI que podem ser utilizados em equipamentos de testadores. Interfaces chip a chip e interfaces de memória, como DDR3, DDR4 e RLDRAM III, podem ser baixadas no site do Portfólio Intel® FPGA IP.

A série de dispositivos de alta densidade e baixo custo Intel® Cyclone® FPGA é perfeita para aplicações que exigem um preço mais baixo por pino. Os dispositivos Cyclone® podem ser usados em conjunto com núcleos Intel® IP, como o processador embarcado Nios® II, para implementar funções de controle que encurtam significativamente o tempo de projeto. Esta função de PI integrada pode reduzir os ciclos de desenvolvimento, reduzir os custos e proporcionar um tempo de comercialização mais rápido. A integração de vários periféricos em um único dispositivo da série Intel® Cyclone® reduz o número de componentes dedicados em placas, juntamente com os custos e duração de projeto relacionados, levando a economias significativas. Com uma arquitetura de dispositivos altamente eficiente, os dispositivos da série Intel® Cyclone® atendem às necessidades de desempenho e integração dos produtos ATE.

A Intel oferece uma variedade de núcleos de PI que podem ser utilizados em equipamentos de testadores. Interfaces chip a chip de alta velocidade, como SFI, SPI3, SPI4.x, SGMII e XAUI, e interfaces de memória, como DDR3 e RLDRAM III, podem ser baixadas no site da Intel.

Sistemas de testes modulares

Os desenvolvedores de equipamentos de testes para fins gerais e medições, como osciloscópios e analisadores lógicos, historicamente têm implementado hardware projetado sob medida. Com a crescente demanda por custos mais baixos e maior flexibilidade, os instrumentos modulares baseados em PXI (extensões de PCI para instrumentação), estão se tornando cada vez mais populares. Estes sistemas compartilham recursos de hardware (por exemplo, gabinete, fonte de alimentação, CPU) e utilizam software definido pelo usuário para realizar medições personalizadas e suportar padrões emergentes.  

Para suas necessidades de aplicação específicas, você agora pode:

• Implementar com facilidade placas de funções PCIe modulares usando o Intel® FPGA IP para PCI Express.
• Integrar múltiplos canais de serializador/desserializador (SERDES) de até 12,5 Gbps, com os FPGAs da série Stratix®
• Criar rapidamente funcionalidades e interfaces personalizadas usando os FPGAs das séries Intel® Stratix® e Intel® Arria®, e o software de projeto Intel® Quartus® Prime

Sistemas modulares

Portáteis

Dispositivos portáteis pequenos podem implementar equipamentos de teste de campo, como multímetros, osciloscópios portáteis e dispositivos de diagnóstico automotivo.

Estes dispositivos portáteis foram implementados usando uma série de componentes dedicados e uma CPU. No entanto, são necessários mais tempo e recursos para implementar essas plataformas de hardware personalizadas, resultando em:

• Esforços dispendiosos no desenvolvimento de blocos padrão em vez de blocos de aplicação personalizados
• Risco de obsolescência a partir de múltiplos componentes de ASSP e CPU dedicados
• Risco de integração, custos e inflexibilidade dos ASICs

Com as mais recentes ferramentas de desenvolvimento Intel® Quartus® Prime, DSP Builder for Intel® FPGAs, processador embarcado Nios® II, e recursos de hardware programáveis dos FPGAS das séries Intel® Cyclone®, Intel® Arria®, e Intel® Stratix®, você pode:

• Integrar múltiplos dispositivos ASSP e a CPU em um único FPGA independente da aplicação
• Implementar funções independentes em múltiplos processadores Nios® II em um único FPGA
• Aliar a lógica de coprocessamento com um processador Nios® II para "turbinar" o desempenho funcional
• Integrar facilmente todas as funcionalidades de propriedade intelectual (PI) padrão e específicas da aplicação com o SOPC Builder

Os benefícios adicionais da produtividade incluem:

• Reutilizar os esforços anteriores de desenvolvimento de PI de engenharia
• Alavancar blocos adicionais de FPGAs Intel® e de PI de parceiros
• Separar as E/S analógicas e os circuitos de sensores específicos da aplicação em placas auxiliares modulares

A figura abaixo mostra como um FPGA das séries Intel® Cyclone®, Intel® Arria® ou Intel® Stratix® implementa um sistema em chip programável (SOPC) utilizando um ou mais processadores Nios® II, incluindo uma lógica personalizada. A interface de usuário, funcionalidade analógica específica da aplicação e a conectividade de rede podem ser adicionados para concluir o dispositivo portátil.

Dispositivos de testes portáteis

Os dispositivos de testes portáteis podem se beneficiar do famoso processador de 32 bits integrado NIOS® II FPGA. Os FPGAs Cyclone® oferecem a integração necessária para minimizar a área da placa de sistemas portáteis, além de oferecer a eficiência energética líder do setor. O Arria® 10 atende o mais alto nível do segmento portátil, no qual a potência da bateria ainda é de extrema importância, sendo necessário também um nível mais alto de desempenho do sistema. Com o Arria® 10, o usuário pode utilizar a APU Dual ARM Cortex® A9 e o subsistema integrado na família SX para executar um pacote valioso de RTOS, além de uma GPOS rica com excelentes interfaces gráficas, como os kernels Linux modernos. Tais recursos integrados para esses FPGAs incluem: processadores (NIOS® II ou Dual ARM Cortex-A9), controladores de memória LPDDR, DPS com eficiência energética, vários tipos de interconexões periféricas, drivers de vídeo, uma abundância de E/S LVDS e uma funcionalidade PCIe adicional. A aquisição de dados e as funções de placa-mãe podem ser integradas, eliminando múltiplas soluções de placa para otimizar a massa e o tamanho dos testadores portáteis.