ZL50012
Flexible 512-ch Digital Switch
Data Sheet
Features
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•
512 channel x 512 channel non-blocking switch at
2.048 Mb/s, 4.096 Mb/s or 8.192 Mb/s operation
Rate conversion between the ST-BUS inputs and
ST-BUS outputs
Per-stream ST-BUS input with data rate selection
of 2.048 Mb/s, 4.096 Mb/s or 8.192 Mb/s
Per-stream ST-BUS output with data rate
selection of 2.048 Mb/s, 4.096 Mb/s or
8.192 Mb/s; the output data rate can be different
than the input data rate
Per-stream high impedance control output for
every ST-BUS output with fractional bit
advancement
Per-stream input channel and input bit delay
programming with fractional bit delay
Per-stream output channel and output bit delay
programming with fractional bit advancement
Multiple frame pulse outputs and reference clock
outputs
Per-channel constant throughput delay
•
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•
•
Ordering Information
ZL50012/QCC
ZL50012/GDC
160 Pin LQFP
144 Ball LBGA
July 2004
-40°C to +85°C
Per-channel high impedance output control
Per-channel message mode
Per-channel pseudo random bit sequence
(PRBS) pattern generation and bit error detection
Control interface compatible to Motorola non-
multiplexed CPUs
Connection memory block programming
capability
IEEE-1149.1 (JTAG) test port
3.3V I/O with 5 V tolerant input
•
•
•
•
•
V
DD
V
SS
RESET
ODE
STi0-15
S/P Converter
Data Memory
P/S Converter
STo0-15
FPi
CKi
Output HiZ Control
Input Timing
Connection Memory
STOHZ0-15
Microprocessor
Interface
and
Internal
Output Timing
FPo0
CKo0
FPo1
CKo1
FPo2
CKo2
IC0 - 4
CLKBYPS
ICONN0 - 2
Registers
APLL
Test Port
V
DD_APLL
V
SS_APLL
D15 - 0
A11 - 0
DTA
TMS
TDO
TCK
Figure 1 - ZL50012 Functional Block Diagram
1
Zarlink Semiconductor Inc.
Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
Copyright 2002-2004, Zarlink Semiconductor Inc. All Rights Reserved.
TRST
SG1
TM1
TM2
R/W
DS
CS
TDI
ZL50012
Applications
•
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•
•
•
Small and medium digital switching platforms
Access Servers
Time Division Multiplexers
Computer Telephony Integration
Digital Loop Carriers
Data Sheet
Description
The device has sixteen ST-BUS inputs (STi0-15) and sixteen ST-BUS outputs (STo0-15). It is a non-blocking digital
switch with 512 64 kb/s channels and performs rate conversion between the ST-BUS inputs and ST-BUS outputs.
The ST-BUS inputs accept serial input data streams with the data rate of 2.048 Mb/s, 4.096 Mb/s or 8.192 Mb/s on
a per-stream basis. The ST-BUS outputs deliver serial output data streams with the data rate of 2.048 Mb/s,
4.096 Mb/s or 8.192 Mb/s on a per-stream basis. The device also provides sixteen high impedance control outputs
(STOHZ 0-15) to support the use of external high impedance control buffers.
The ZL50012 has features that are programmable on per-stream or per-channel basis including message mode,
input bit delay, output bit advancement, constant throughput delay and high impedance output control.
2
Zarlink Semiconductor Inc.
ZL50012
Table of Contents
Data Sheet
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.0 Device Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 ST-BUS Input Data Rate and Input Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.1 ST-BUS Input Operation Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.2 Frame Pulse Input and Clock Input timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.3 ST-BUS Input Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 ST-Bus Output Data Rate and Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.1 ST-Bus Output Operation Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.2 Frame Pulse Output and Clock Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.3 ST-BUS Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Serial Data Input Delay and Serial Data Output Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1 Input Channel Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 Input Bit Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.3 Fractional Input Bit Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.4 Output Channel Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.5 Output Bit Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.6 Fractional Output Bit Advancement Programming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.7 External High Impedance Control, STOHZ 0 to 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4 Data Delay Through The Switching Paths. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5.1 Connection Memory Block Programming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6 Bit Error Rate (BER) Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.7 Quadrant frame programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8 Microprocessor Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.0 Device Reset and Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.0 JTAG Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1 Test Access Port (TAP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2 Instruction Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.3 Test Data Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4 BSDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.0 Register Address Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.0 Detail Register Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
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ZL50012
List of Figures
Data Sheet
Figure 1 - ZL50012 Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Figure 2 - 24 mm x 24 mm LQFP (JEDEC MS-026) Pinout Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Figure 3 - 13 mm x 13 mm 144 Ball LBGA Pinout Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 4 - Input Timing when (CKIN2 to CKIN0 bits = 010) in the Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 5 - Input Timing when (CKIN2 to CKIN0 bits = 001) in the Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 6 - Input Timing when (CKIN2 to CKIN0 bits = 000) in the Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 7 - ST-BUS Input Timing for Various Input Data Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 8 - FPo0 and CKo0 Output Timing when the CKFP0 bit = 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 9 - FPo0 and CKo0 Output Timing when the CKFP0 bit = 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 10 - FPo1 and CKo1 Output Timing when the CKFP1 bit = 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 11 - FPo1 and CKo1 Output Timing when the CKFP1 bit = 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 12 - FPo2 and CKo2 Output Timing when the CKFP2 bit = 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 13 - FPo2 and CKo2 Output Timing when the CKFP2 bit = 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 14 - ST-BUS Output Timing for Various Output Data Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 15 - Input Channel Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 16 - Input Bit Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 17 - Output Channel Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 18 - Output Bit Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 19 - Fractional Output Bit Advancement Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 20 - Example: External High Impedance Control Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 21 - Data Throughput Delay when input and output channel delay are disabled for Input Ch0 switched to
Output Ch0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 22 - Data Throughput Delay when input channel delay is enabled and output channel delay is disabled for
Input Ch0 switched to Output Ch0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 23 - Data Throughput Delay when input channel delay is disabled and output channel delay is enabled for
Input Ch0 switch to Output Ch0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 24 - Data Throughput Delay when input and output channel delay are enabled for Input Ch0 switched to
Output Ch0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 25 - Frame Pulse Input and Clock Input Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figure 26 - Frame Boundary Timing with Input Clock (cycle-to-cycle) Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figure 27 - Frame Boundary Timing with Input Frame Pulse (cycle-to-cycle) Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Figure 28 - Input and Output Frame Boundary Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Figure 29 - FPo0 and CKo0 Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figure 30 - FPo1 and CKo1 Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figure 31 - FPo2 and CKo2 Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figure 32 - ST-BUS Inputs (STi0 - 15) Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Figure 33 - ST-BUS Outputs (STo0 - 15) Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Figure 34 - Serial Output and External Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figure 35 - Output Driver Enable (ODE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figure 36 - Motorola Non-Multiplexed Bus Timing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figure 37 - JTAG Test Port Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Figure 38 - Reset Pin Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
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ZL50012
List of Tables
Data Sheet
Table 1 - FPi and CKi Input Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Table 2 - FPo0 and CKo0 Output Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Table 3 - FPo1 and CKo1 Output Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Table 4 - FPo2 and CKo2 Output Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Table 5 - Variable Range for Input Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Table 6 - Variable Range for Output Streams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Table 7 - Data Throughput Delay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Table 8 - Connection Memory in Block Programming Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 9 - Definition of the Four Quadrant Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 10 - Quadrant Frame 0 LSB Replacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 11 - Quadrant Frame 1 LSB Replacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 12 - Quadrant Frame 2 LSB Replacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 13 - Quadrant Frame 3 LSB Replacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 14 - Address Map for Device Specific Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 15 - Control Register (CR) Bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Table 16 - Internal Mode Selection (IMS) Register Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 17 - BER Start Receiving Register (BSRR) Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Table 18 - BER Length Register (BLR) Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Table 19 - BER Count Register (BCR) Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Table 20 - Stream Input Control Register 0 to 7 (SICR0 to SICR7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Table 21 - Stream Input Control Register 8 to 15 (SICR8 to SICR15) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Table 22 - Stream Input Delay Register 0 to 7 (SIDR0 to SIDR7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Table 23 - Stream Input Delay Register 8 to 15 (SIDR8 to SIDR15) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Table 24 - Stream Output Control Register 0 to 7 (SOCR0 to SOCR7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Table 25 - Stream Output Control Register 8 to 15 (SOCR8 to SOCR15) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Table 26 - Stream Output Offset Register 0 to 7 (SOOR0 to SOOR7). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Table 27 - Stream Output Offset Register 8 to 15 (SOOR8 to SOOR15). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Table 28 - Address Map for Memory Locations (512 x 512 DX, MSB of address = 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Table 29 - Connection Memory Bit Assignment when the CMM bit = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Table 30 - Connection Memory Bits Assignment when the CMM bit = 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
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