맨체스터 라인 코드 베릴로그 구현

문서 내 토픽

1. 맨체스터 라인 코드 (Manchester Line Code)

맨체스터 라인코드는 디지털 통신에서 사용되는 인코딩 방식으로, 0을 송신할 때는 반주기 동안 0을 보내고 나머지 반주기 동안 1을 보낸다. 1을 송신할 때는 반주기 동안 1을 보내고 나머지 반주기 동안 0을 보낸다. 수신 회로에서는 반주기 동안 0과 나머지 반주기 동안 1을 수신하면 1로 해석하고, 반주기 동안 0과 나머지 반주기 동안 0을 수신하면 1로 해석한다. 초기 리셋 과정에서 동기화를 위해 일부 초기 데이터는 무시되며, 이후 정상적인 송수신이 가능해진다.
2. TX 모듈 (송신 회로)

TX 모듈은 맨체스터 라인코드 송신을 구현하는 베릴로그 설계 코드로, 입력 신호 txd_in을 받아 맨체스터 인코딩을 수행하여 txd 출력을 생성한다. 리셋 신호 rst와 기준 클록 refclk를 사용하며, 카운터를 통해 클록 분주를 수행한다. 상태 머신을 이용하여 입력 데이터의 변화를 감지하고 맨체스터 코드 규칙에 따라 출력을 생성한다. TXON 플래그를 통해 첫 번째 1이 나타날 때부터 송신을 시작한다.
3. RX 모듈 (수신 회로)

RX 모듈은 맨체스터 라인코드 수신을 구현하는 베릴로그 설계 코드로, 입력 신호 rxd_in을 받아 맨체스터 디코딩을 수행하여 rxd 출력을 생성한다. 리셋 신호 rst와 기준 클록 refclk를 사용하며, longLowDetect 서브모듈을 통해 동기화 신호 rst_sync를 생성한다. 상태 머신을 이용하여 수신 데이터의 패턴을 분석하고 맨체스터 코드 규칙에 따라 원본 데이터를 복원한다.
4. 베릴로그 검증 (Verilog Verification)

TX와 RX 모듈의 동작을 검증하기 위해 테스트벤치가 작성되었다. TX_tb는 TX 모듈의 송신 기능을 검증하고, RX_tb는 TX 모듈의 출력을 RX 모듈의 입력으로 연결하여 전체 송수신 과정을 검증한다. 테스트벤치에서는 다양한 데이터 패턴(0x55, 0xaa, 0xa5 등)을 입력하여 정상적인 인코딩과 디코딩을 확인한다. 초기 동기화 과정에서 무시되는 데이터를 고려하여 테스트 시나리오가 설계되었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 맨체스터 라인 코드 (Manchester Line Code)

맨체스터 라인 코드는 디지털 통신에서 중요한 인코딩 방식입니다. 각 비트를 두 개의 신호 레벨로 표현하여 클록 정보를 데이터에 포함시키는 방식으로, 수신기가 별도의 클록 신호 없이도 데이터를 복원할 수 있다는 장점이 있습니다. 특히 DC 성분이 제거되어 AC 결합이 가능하고, 비트 동기화가 용이하다는 점에서 실용적입니다. 다만 대역폭 효율이 낮다는 단점이 있지만, 신뢰성이 중요한 응용 분야에서는 여전히 널리 사용되고 있습니다. 이더넷 등 다양한 통신 표준에서 채택되고 있어 그 가치가 입증되었습니다.
2. TX 모듈 (송신 회로)

TX 모듈은 통신 시스템의 핵심 구성 요소로서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전송하는 역할을 합니다. 고품질의 송신을 위해서는 신호 무결성, 임피던스 매칭, 그리고 전자기 간섭 최소화가 중요합니다. 현대의 TX 모듈은 고속 데이터 전송을 지원하면서도 전력 효율성을 고려해야 하므로 설계가 복잡합니다. 드라이버 강도, 슬루율 제어, 그리고 신호 타이밍 정확도 등이 전체 시스템 성능에 직접적인 영향을 미치므로 정밀한 설계와 검증이 필수적입니다.
3. RX 모듈 (수신 회로)

RX 모듈은 약한 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 복원하는 중요한 역할을 수행합니다. 노이즈 환경에서 신호를 정확하게 감지하기 위해 증폭, 필터링, 그리고 클록 복원 기능이 필요합니다. 특히 고속 통신에서는 신호 감쇠와 왜곡을 보정하는 이퀄라이저 기능이 중요합니다. RX 모듈의 성능은 전체 통신 시스템의 신뢰성을 결정하는 요소이므로, 민감도, 대역폭, 그리고 잡음 지수 등의 파라미터를 최적화하는 것이 매우 중요합니다.
4. 베릴로그 검증 (Verilog Verification)

베릴로그 검증은 디지털 회로 설계에서 설계 오류를 조기에 발견하고 수정하는 필수적인 과정입니다. 시뮬레이션 기반 검증과 형식 검증 등 다양한 방법론이 있으며, 테스트벤치 작성과 커버리지 분석을 통해 설계의 정확성을 보장합니다. 특히 복잡한 통신 회로의 경우 다양한 시나리오와 엣지 케이스를 검증해야 하므로 체계적인 접근이 필요합니다. 베릴로그 검증에 투자하는 시간과 비용은 후속 단계에서의 재설계 비용을 크게 절감할 수 있으므로 매우 효율적입니다.