ZL50011
Flexible 512 Channel DX with on-chip
DPLL
Data Sheet
Features
•
512 channel x 512 channel non-blocking switch at
2.048 Mbps, 4.096 Mbps or 8.192 Mbps
operation
Rate conversion between the ST-BUS inputs and
ST-BUS outputs
Integrated Digital Phase-Locked Loop (DPLL)
meets Telcordia GR-1244-CORE Stratum 4
specifications
DPLL provides reference monitor, jitter
attenuation and free run functions
Per-stream ST-BUS input with data rate selection
of 2.048 Mbps, 4.096 Mbps or 8.192 Mbps
Per-stream ST-BUS output with data rate
selection of 2.048 Mbps, 4.096 Mbps or
8.192 Mbps; 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
ZL50011/QCC
ZL50011/GDC
ZL50011QCG1
ZL50011GDG2
**
March 2006
•
•
Ordering Information
160 Pin LQFP
Trays
144 Ball LBGA
Trays
160 Pin LQFP* Trays, Bake & Drypack
144 Ball LBGA** Trays, Bake & Drypack
*Pb Free Matte Tin
Pb Free Tin/Silver/Copper
-40°C to +85°C
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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
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
3.3 V I/O with 5 V tolerant input
RESET
ODE
•
•
V
DD
V
SS
STi0-15
S/P Converter
Data Memory
P/S Converter
STo0-15
FPi
CKi
Input Timing
Connection Memory
Output HiZ Control
STOHZ0-15
REF
DPLL
Microprocessor
Interface
and
Internal
Output Timing
FPo0
CKo0
FPo1
CKo1
FPo2
CKo2
IC0 - 4
CLKBYPS
ICONN1
Registers
OSC
APLL
Test Port
V
DD_APLL
V
SS_APLL
DTA
D15 - 0
A11 - 0
XTALo
XTALi
Figure 1 - ZL50011 Functional Block Diagram
Zarlink Semiconductor US Patent No. 5,602,884, UK Patent No. 0772912,
France Brevete S.G.D.G. 0772912; Germany DBP No. 69502724.7-08
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Zarlink Semiconductor Inc.
Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
Copyright 2003-2006, Zarlink Semiconductor Inc. All Rights Reserved.
TRST
TDO
TMS
SG1
TM1
TM2
R/W
TCK
DS
CS
TDI
ZL50011
Applications
•
•
•
•
•
Small and medium digital switching platforms
Access Servers
Time Division Multiplexers
Computer Telephony Integration
Digital Loop Carriers
Data Sheet
Description
The device has 16 ST-BUS inputs (STi0-15) and 16 ST-BUS outputs (STo0-15). It is a non-blocking digital switch
with 512 64 kbps 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 Mbps, 4.096 Mbps or 8.192 Mbps on a
per-stream basis. The ST-BUS outputs deliver serial output data streams with the data rate of 2.048 Mbps,
4.096 Mbps or 8.192 Mbps on a per-stream basis. The device also provides 16 high impedance control outputs
(STOHZ 0-15) to support the use of external high impedance control buffers.
The ZL50011 has features that are programmable on a per-stream or per-channel basis including message mode,
input bit delay, output bit advancement, constant throughput delay and high impedance output control.
The on-chip DPLL meets Telcordia GR-1244-CORE stratum 4 specifications (Stratum 4). It accepts a dedicated
timing reference input at either 8 kHz, 1.544 MHz or 2.048 MHz. Alternatively, the reference can be replaced by an
internal 8 kHz signal derived from the ST-BUS input frame boundary. The DPLL provides reference monitor, jitter
attenuation and free run functions. It can be used as a system’s ST-BUS timing source which is synchronized to the
network. The DPLL can also be bypassed so that the device operates under system timing.
2
Zarlink Semiconductor Inc.
ZL50011
Table of Contents
Data Sheet
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Changes Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.0 Device Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1 ST-BUS Input Data Rate and Input Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.1 ST-BUS Input Operation Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.2 Frame Pulse Input and Clock Input timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.3 ST-BUS Input Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.4 Improved Input Jitter Tolerance with Frame Boundary Determinator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 ST-BUS Output Data Rate and Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 ST-BUS Output Operation Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.2 Frame Pulse Output and Clock Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3 ST-BUS Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Serial Data Input Delay and Serial Data Output Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Input Channel Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 Input Bit Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.3 Fractional Input Bit Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.4 Output Channel Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.5 Output Bit Delay Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.6 Fractional Output Bit Advancement Programming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.7 External High Impedance Control, STOHZ 0 to 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 Data Delay Through The Switching Paths. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5 Connection Memory Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
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
2.9 Digital Phase-Locked Loop (DPLL) Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.9.1 DPLL Master Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.9.2 DPLL Freerun Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.9.3 DPLL Bypass Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.10 DPLL Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.10.1 CKi/FPi Synchronizer and REF Select Mux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.10.2 Skew Control Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.10.3 Reference Monitor Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.10.4 Phase-Locked Loop (PLL) Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.11 DPLL Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.11.1 Intrinsic Jitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.11.2 DPLL Jitter Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.11.3 Jitter Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.11.4 Frequency Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.11.5 Locking Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.11.6 Phase Slope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.11.7 Phase Lock Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.12 Alignment Between Input and Output Frame Pulses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.0 Oscillator Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1 External Crystal Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 External Clock Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.0 Device Reset and Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
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ZL50011
Table of Contents
Data Sheet
5.0 JTAG Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1 Test Access Port (TAP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2 Instruction Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.3 Test Data Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.4 BSDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.0 Register Address Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.0 Detail Register Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
9.0 Connection Memory Bit Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
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List of Figures
Data Sheet
Figure 1 - ZL50011 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 5 - Input Timing when (CKIN2 to CKIN0 bits = 001) in the Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 6 - Input Timing when (CKIN2 to CKIN0 bits = 000) in the Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 7 - ST-BUS Input Timing for Various Input Data Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figure 8 - FPo0 and CKo0 Output Timing when the CKFP0 Bit = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 9 - FPo0 and CKo0 Output Timing when the CKFP0 Bit = 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 10 - FPo1 and CKo1 Output Timing when the CKFP1 Bit = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 13 - FPo2 and CKo2 Output Timing when the CKFP2 Bit = 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 14 - ST-BUS Output Timing for Various Output Data Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 15 - Input Channel Delay Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 16 - Input Bit Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 17 - Output Channel Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 18 - Output Bit Delay Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 19 - Fractional Output Bit Advancement Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 20 - Example: External High Impedance Control Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 21 - Data Throughput Delay when Input and Output Channel Delay are Disabled for Input Ch0 Switched to
Output Ch0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 22 - Data Throughput Delay when Input Channel Delay is Enabled and Output Channel Delay is Disabled
for Input Ch0 Switched to Output Ch0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 23 - Data Throughput Delay when Input Channel Delay is Disabled and Output Channel Delay is Enabled
for Input Ch0 Switch to Output Ch0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 24 - Data Throughput Delay when Input and Output Channel Delay are Enabled for Input Ch0 Switched to
Output Ch0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Figure 25 - DPLL Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 26 - Skew Control Circuit Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 27 - Block Diagram of the PLL Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 28 - DPLL Jitter Transfer Function Diagram - Wide Range of Frequencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 29 - Detailed DPLL Jitter Transfer Function Diagram (Wander Transfer Diagram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figure 30 - Crystal Oscillator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figure 31 - External Clock Oscillator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 32 - Frame Pulse Input and Clock Input Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figure 33 - Frame Boundary Timing with Input Clock (Cycle-to-Cycle) Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figure 34 - Frame Boundary Timing with Input Frame Pulse (Cycle-to-Cycle) Variation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figure 35 - XTALi Input Timing Diagram when Clock Oscillator is Connected . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Figure 36 - Reference Input Timing Diagram when the Input Frequency = 8 kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figure 37 - Reference Input Timing Diagram when the Input Frequency = 2.048 MHz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figure 38 - Reference Input Timing Diagram when the Input Frequency = 1.544 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figure 39 - Input and Output Frame Boundary Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Figure 40 - FPo0 and CKo0 Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Figure 41 - FPo1 and CKo1 Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Figure 42 - FPo2 and CKo2 Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Figure 43 - ST-BUS Inputs (STi0 - 15) Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Figure 44 - ST-BUS Outputs (STo0 - 15) Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Figure 45 - Serial Output and External Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
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