NXP Interface Products For 5G

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5G Open RAN

在當今萬物皆聯網的時代，人們對於無線通信的需求量越來越大，這使得傳統的移動通信網絡已經超過了其可承受的負荷極限。因此，為了滿足這種需求，業界正在積極探索新的解決方案。其中之一就是開放式無線接入網（Open RAN）。

Open RAN是一種新型的網絡架構，它可以將網絡的不同層次進行分離，以達到更加靈活和高效的網絡構建方式。與傳統的封閉式RAN不同，Open RAN採用了開放式接口和標準化技術，使得不同供應商的設備和技術可以更加容易地集成和使用。

Open RAN 的優勢

1.更高的靈活性和可擴展性：Open RAN可以更加靈活地配置和管理網絡資源，因此可以更好地適應不同的網絡需求和應用場景。此外，Open RAN可以支持更多的設備和連接，這意味著它可以更好地應對未來的網絡擴展需求。

2.更低的成本和更高的效率：Open RAN採用了標準化技術和開放式接口，這使得不同供應商的設備和技術可以更加容易地集成和使用。這不僅可以降低網絡設備和維護的成本，還可以提高網絡的效率和可靠性。

3.更好的安全性和可控性：Open RAN採用了分離的網絡架構，這意味著不同的網絡層次可以進行獨立的管理和控制。這可以提高網絡的安全性和可控性，從而更好地保護網絡和用戶的數據安全。

5G 相關應用產品

下面為OPEN RAN 架構下最常見的應用產品：

Central Unit : 中央處理單元，是 5G 核心部分之一，負責控制無線接入網路的資源分配和管理，以及將用戶數據轉到核心網路，具有高穩定性、高可靠性、優秀的數據管理和低延遲傳輸資料的特性，基本上為 Server 等級的架構。

Distributed Unit : 分佈式單元，5G 無線基礎設施中關鍵的元件，負責處理用戶的數據和信號，再傳送給 CU，其特色有，支持多種無線接口，例如 WI-FI、BT、LTE 等，高速數據的處理讓用戶有更好的5G體驗，再加上可以用分佈式架構，可以在 5G 網路中的不同位置部署，實現可輕便靈巧的特性，也可以多元擴充功能。

Radio Unit : 無線單元，負責將 5G網絡中實現連接，將數據傳到 DU 和 CU，其特性有高速數據傳輸、多天線技術 ( MIMO )可以提供系統容量的覆蓋範圍，且能動態調整不同頻段的傳輸參數，另外還有低功耗的設計，降低碳排量。

Central Unit

首先介紹的第一個應用，作為 5G Open RAN 架構的 Central Unit，同時也介紹 NXP Layerscape 高性能產品之一 LX2160A，LX2160A 擁有高達 16 個 ARM A72 核心，時脈高達 2.2GHz，支持 2.5Gbits ~ 100Gbits 高速網路接口，滿足高速數據傳輸與處理的能力，同時也介紹在 Central Unit 設備中，NXP Interface Products 的相關機會。

RTC :

NXP 最常用的料號 PCF85063，是一個低功耗的 RTC solution，在 I2C Clock 運作底下還只消耗了 260Na，非常適合長時間運行且需要節省電源的應用，內部還結合了7pF 與 12pF，只要選擇對應的 Crystal Cload 電容，就能省去外掛的匹配電容，另外多樣的晶片包裝也能滿足應用上的需求。

I2C GPIO EXPANDER :

I2C GPIO Expander 擴充晶片推薦常用的 8Bits PCAL6408AHKX，是一個可編程的 GPIO Expander，這個可編程的 IO 叫做 Agile IO，Agile IO 可以控制輸出邏輯，可以做為 Open-Drain 輸出或者是 Push-Pull 輸出，也可以控制輸出的電流大小，也可控制上拉或是下拉的選擇，透過軟體編程可以讓 IO 的配置靈活調度。

I2C MUX / Switch:

I2C Mux / Switch推薦使用 PCA9545APW，其特色為內建 Passive Mos ，作為開關的同時，也能實現Level Shifter 的功能，A & B side 可以實現 1.8V、2.5V、3.3V 和 5V 之間的轉換，可以省去 Level Shifter 一顆 IC。

USB 3.0 Redriver:

雖然 LX2160A 提供兩條 USB 3.0 的介面，因應尺寸較大的 PCB 板，維持 USB 3.0 品質要求，推薦使用一個 USB 3.0 Redriver PTN36001HX，雙通道均支持 5Gbit 的傳輸能力。

Analog Switch :

SD Card 與 eMMC 都可以使用 SD Card Bus 作為數據傳輸，當主機需要靈活切換不同的存儲裝置時，可以透過 Analog Switch 將兩個設備分隔出來，推薦使用 NX3L2467GU可以實現不同存儲裝置的選擇和切換，提高系統的靈活性與擴充性。

SD Card Level Shifter:

這個IC 因應主機的 SD Card IO 電壓範圍大約 1.2V~1.8V，SD Card 可以從 1.8V~3.0V，推薦使用 NVT4857UK，支持 208MHz 傳輸速度之外，也相容於 SD 3.0 規範內的傳輸格式。

Level Shifter :

I2C 的 Level Shifter 推薦使用 NTS0302JKZ，其特色 A side 支持 0.95V~3.6V，B side 支持 1.65V~5.5V，支持 Open-Drain 架構 2Mbps，也支持 Push-Pull 架構 20Mbps，內部的 ONE-SHOT and Slew Rate 線路可以驅動更大負載電容量並減少振鈴和 Overshot 的產生。

Temp Sensor :

SA56004CD 可以將 I2C 的 Clock 和 Data 轉換成差分訊號，適合應用在長距離小板中，溫度精確度 ± 1°C，Shutdown 時代機電流只有 10uA，而運作時則不到 1MA，具有優秀的極低功耗與能效。

Distributed Unit

下面這個例子通常在於5G RAN（無線接入網絡）中，可以使用FPGA ( Field Programmble Gate Array或ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ) 搭配 SFP 與 QSFP 光纖接收模組組建一個小型的 DU 設備，FPGA 與 ASIC 負責資料流量管理與調度，通過SFP或QSFP光纖模塊進行與核心網絡的數據傳輸。

I2C Buffer :

I2C 的 Buffer 推薦使用 PCA9617ADPJ，特色附加 Level Shifter 功能， A side 支持 0.8V~ 5.5V， B side 支持 2.2V~5.5V，且支持 I2C 高達 1MHz 的速度，做為 Buffer 功能，除了隔離兩端 AB side 的 noise 之外，也能隔離 AB side 的 CLoad 電容量，話句話說，可以延長 I2C 的傳輸距離。

Level Shifter :

Temp Sensor :

Temp Sensor 建議使用 PCT2075DP 這個料號，這顆料為 LM75 長青料的加強版本，溫度量測精度從 ± 2 °C -> ± 1 °C，範圍從 -25°C ~ 100°C，另外支持 I2C 的速度加強到可以支持到 1MHz。

I2C Arbiter :

可以做為 I2C 1:2 或者是 2:1 分配器，其特色就是可以當兩個 Host 存取一個 Slave 時，會自動仲裁優先權來存取 Slave，以下是兩種仲裁的情況，第一種就是當兩個 Host 同時對 Slave 發送訊號， PCA9641 將會選擇一個獲勝者，失敗者則等獲勝者處理完或是斷掉才接著工作，另一種情況就是當主機1 要對 PCA9641 寫入資料，但是主機 0 已經在主機 1 之前有收到 ACK 訊號，這種情況下，主機 1 要等主機 0 處理完工作才能接著處理，另外當 Slave在 I2C 斷線超過 100ms，可以選擇使用 PCA9641 斷開 I2C bus 避免鎖住了 I2C bus。

I2C Switch :

推薦使用 1:2 的 I2C 開關，料號為 PCA9543APW，允許 1.8V、2.5V、3.3V、5V 之間進行電壓轉換除了當作開關之外，也能做為 Level Shifter 使用，工作電壓只能從 2.3V~5V，此外，Alternate Address 可以允許最多 12 個 Slave 裝置做為連接。

同樣的，假如有更多切換開關的需求，另一款 PCA9548APW也能提供另一項選擇，其架構與特色和PCA9543APW 雷同。

Radio Unit

5G通信系統中，5G Radio Unit (RU) 是非常重要的基礎設備，透過使用FPGA以及光線接收模組SFP和QSFP，RU可以將數據傳輸到DU設備。CPRI和OBSAI是基站接口的標準，用於將基站的天線頭和控制器分離，實現設備的模組化和標準化。CPRI代表( Common Public Radio Interface )，OBSAI代表 ( Open Base Station Architecture Initiative ) ， NXP Interface Products提供了相關應用來支援RU的開發與應用。