CDR – Takt- und Datenrückgewinnung

Eine serielle optische Strecke führt kein separates Taktsignal: Der Empfänger muss den Takt aus dem Datenstrom selbst zurückgewinnen und die Bits dann gegen ihn neu abtasten („retimen“). Die Schaltung, die das tut, ist der CDR (Clock and Data Recovery). Wo der CDR sitzt — im Host oder im Modul — ist einer der prägenden Unterschiede zwischen den Formfaktoren, und seine Steuerbits sind Teil des Speichers, den CodingBox liest und codiert.

Was ein CDR tut

1. Gewinnt den Takt aus den eingehenden Bitübergängen mit einer Phasenregelschleife (PLL).
2. Retimt die Daten — tastet jedes Bit an der Flanke des zurückgewonnenen Takts neu ab, sodass unterwegs angesammeltes Timing-Rauschen (Jitter) entfernt wird.
3. Regeneriert saubere Flanken für die nächste Stufe (Lasertreiber auf der Tx-Seite, Host-SerDes auf der Rx-Seite).

Ein CDR wirkt damit als Jitter-Reset-Punkt. Jeder Link hat ein Jitter-Budget, das sich Host-Leiterbahn, Steckverbinder und Modul teilen; ein Retimer im Modul erlaubt es der Host-Seite, mit ihrem Anteil großzügiger umzugehen.

Host-seitig oder modul-seitig

Genau deshalb hat SFP+ gegen XFP beim dichten 10G-Switching gewonnen, und deshalb laufen 100G-Module heißer als 40G-Module.

Wo es im Modulspeicher liegt

SFF-8636 (QSFP+/QSFP28) — siehe SFF-8636:

CMIS (QSFP-DD, OSFP, QSFP112) — Page 01h meldet Tx/Rx-CDR-Unterstützung und ob Bypass steuerbar ist; Page 10h enthält die Steuerung für Tx/Rx-CDR-Enable (Bypass) je Lane, und die Data-Path-Zustandsmaschine erreicht activated nicht, wenn ein erforderlicher CDR nicht einrasten kann (CMIS-Probleme).

SFF-8472 (SFP/SFP+/SFP28) — keine genormte CDR-Steuerung; der CDR des Moduls (falls vorhanden) wird intern verwaltet. Der zugehörige, für den Host sichtbare Mechanismus ist Rate Select, das die Empfängerbandbreite zwischen Ratengruppen umschaltet.

Warum das in der Praxis wichtig ist

• Multiraten-Module. Ein CDR rastet auf einen Ratenbereich ein. Ein bei 10G eingesetztes 25G-Modul, oder ein zu 4×10G aufgebrochenes 100G-QSFP28, muss einen CDR haben, der die niedrigere Rate unterstützt — oder der Host muss ihn umgehen (Bypass, Byte 98 / CMIS). „Funktioniert bei 25G, tot bei 10G" ist meist genau das.
• Loss of Lock als Diagnose. LOL-Flags bedeuten, dass der CDR keinen Takt zurückgewinnen kann: Signal zu stark verschlechtert, falsche Rate oder kein Signal — vor dem Verdacht auf das Modul die Rx-Leistung und die Rateneinstellungen prüfen (DDM-Werte).
• Leistung und Latenz. Jeder Retimer kostet Leistung (zehn bis hundert mW bei 25G; Watt bei PAM4-DSPs) und fügt Latenz hinzu. Kurze DAC-Links und latenzempfindliche Fabrics laufen oft mit umgangenem CDR.
• Codierungskonsistenz. Beim Umcodieren eines QSFP28 müssen die CDR-present-Bits (Byte 129) zur Hardware passen: Ein Host, der annimmt, CDRs seien vorhanden, kann sie bei einer Rate aktiviert lassen, die der fehlende oder abweichende CDR nicht bewältigt. Siehe Hardware-Spezifikationen der QSFP-Familie.

In CodingBox

Der EEPROM editor benennt diese Felder beim Überfahren mit der Maus — CDR present, CDR control, LOL flags, Options — nach SFF-8636 oder CMIS, sodass sich die CDR-Konfiguration eines Moduls auslesen, ein Lock-Verlust auf einer Lane erkennen und die CDR-Bits beim Codieren der Identität konsistent mit der Hardware halten lassen.

„Funktioniert bei 25G, tot bei 10G“ und andere Symptome rund um Raten-Lock werden in Geschwindigkeits-, Raten- und Modusprobleme durchgearbeitet.

Wo der CDR zwischen Treiber, TIA und Controller sitzt, und wie PAM4-Module ihn in einen DSP mit Entzerrung und Gearboxing aufnehmen: Modulelektronik, Modulation und DSP.

Welche Host-Schnittstellen ein retimtes Modul erwarten (XFI, CAUI-4 C2M, PAM4-AUIs) und welche ein lineares tolerieren (SFI, LPO): XGMII, XAUI und die AUI-Familie.