AMI(Alternate Mark Inversion)는 3가지 레벨(양, 0, 음)의 구리 케이블 전송 코드로서 커패시터 및 회선 커플링 변압기를 사용해 AC 커플링이 용이하도록 DC 부품을 필요로 하지 않으며, 스펙트럼 피크가 심볼 레이트의 절반이라는 유용한 특성도 제공한다. 0심볼은 0V로 전송되고, 1심볼은 DC 균형을 유지하기 위해 교류 회선 극성으로 절반씩 전송된다.
3레벨 AMI 코드의 흥미로운 특징은 2레벨 NRZI(Non Return to Zero Inverted) 코드로 바로 변환하거나 그 역으로 변환할 수 있다는 점이다. NRZI의 기반은 레벨이 아니라 변화다. 상승 또는 하강 방향의 NRZI 에지는 로직 1을 나타낸다. 주어진 심볼 간격에서 변화가 없는 경우에는 로직 0을 나타낸다. 따라서 NRZI 코드는 로직 센스의 훼손 없이 반전이 가능하다. 절대 레벨은 무의미하다. 다만 정보는 예상하는 시간에 변화가 있느냐 없느냐다. 마찬가지로 AMI 코드 역시 반전이 가능하다. 연선 극성에 대해서는 걱정할 필요가 없다. 그림 1은 NRZ(Non Return to Zero), NRZI, AMI 코드 간의 관계를 보여준다.
AMI의 일반적인 수신 데이터 복구 방법은 전송 회선 (+)양 및 (-)음 마킹 심볼을 2레벨 RZ 코드(그림 2a~2d)로 결합하는 한 쌍의 전압 레벨 슬라이서(Slicer) 또는 비교기(Comparator)로 구성된다. 이 심볼들은 일반적으로 D 타입 샘플링 플립플롭 또는 이와 유사한 회로를 통해 표준 NRZ 로직으로 표현된다.
성공적인 원거리 AMI 전송의 한 가지 장애물은 ‘펄스 테일(Pulse Tail)’ 케이블 아티펙트이다. 1뒤에 0이 따르는 경우와 같이 케이블을 양 또는 음 마킹 펄스로 구동하지 못하면 마지막으로 전송된 마킹 펄스는 연장되어 0에 이를 때까지 느린 속도로 감쇠한다. 이러한 현상은 케이블이 길어질수록 더욱 두드러지게 나타나며, 케이블 길이와 감쇠 특성을 매칭하는 주파수 균일화 네트워크를 사용하여 이를 제거하지 않을 경우 데이터 복구 슬라이서를 훼손하게 된다.(그림 2e와 2f)
몇 개의 게이트와 회선 드라이버, 변압기, 그리고 지연 회선(시스템 클럭을 사용할 수 없는 경우)으로 구현할 수 있는 간단한 알고리즘을 통해 2레벨 NRZI를 3레벨 AMI로 손쉽게 변환할 수 있다. NRZI의 변화가 없으면 해당 심볼 간격 동안에는 아무것도 전송되지 않는다. 모든 상승 NRZI 에지에 대해 일반적으로 절반의 심볼 간격으로 마킹 펄스를 전송한다. 편의를 위해 이 펄스 극성을 양으로 할당하면, 모든 하강 NRZI 에지에 대해 상승 에지 극성과 유사한 마킹 펄스를 전송한다. 이 단계에서는 자동으로 대체 마킹 극성이 생성된다. 역시 편의를 위해 이 펄스 극성을 음으로 할당한다.
마찬가지로 AMI에서 NRZI를 직접 복구하는 것도 알고리즘이 매우 간단하다.(그림 3a와 3b) 이전 마킹 경계(Threshold) 통과의 반대 극성에 대해 수신 전압 경계 통과가 없으면 마지막으로 수신된 마킹 상태를 로직 하이 또는 로직 로우로 유지한다. 수신된 AMI 전압이 현재 검파기 출력 상태의 반대 극성에서 경계를 통과하면 검파기 출력을 새로 극성과 연결된 상태로 전환한다. 이번에도 편의를 위해 AMI 펄스 경계 통과가 중간 레벨 또는 0 이상의 양일 경우 검파기 출력을 상승 에지로 전환한다. AMI 펄스 경계 통과가 중간 레벨 또는 0 이하의 음일 경우 검파기 출력을 하강 에지로 전환한다.
이 알고리즘을 이용해 엔지니어들은 이 수신 방법으로 AMI 코드가 NRZI 코드로 직접 변환되는 것을 볼 수 있다. 또한 이 방법은 대체 마크가 0 레벨을 통과하고 그 다음에 반대 경계가 출력 전환을 유발하도록 하기 위한 요구사항으로 인해 균일화가 제대로 이뤄지지 않는 전송 회선을 유발하는 마킹 펄스 테일에 대해 내성을 갖는다.(그림 3c와 3d) 이 효과는 중간 길이의 구리 케이블에서 높은 비트 속도로 데이터를 전송하기 위한 수신기의 진폭 및 주파수 이퀄라이저 부분을 제거할 수 있는 가능성을 높여준다.
수신기 알고리즘을 실행하는 회로는 AMI 3레벨 신호의 중간 레벨 위와 아래에 상위 트립 포인트와 하위 트립 포인트가 있는 슈미트 트리거다. AMI에는 베이스라인 원더(baseline wander)가 거의 없기 때문에 DC 균형 AMI 신호의 AC 커플링을 통해 손쉽게 하드웨어 바이어스로 설정할 수 있다.(그림 4) 게인과 드라이브 레벨은 트립 경계값을 통과하기에 충분한 펄스 진폭이 있다면 중요한 문제가 되지 않는다. 신호가 과도하게 강하거나 트립 경계가 중간 신호 레벨에 근접할 경우에도 펄스 종료 진동(Ringing)이 반대쪽 트립 경계로 넘어가는 현상이 발생하지 않는 한 회로는 정확하게 데이터를 변환한다. 이러한 현상이 발생할 경우 펄스 테일이 유용하며, 필요한 경우 최소 작동 케이블 길이를 위해 인공적으로 이를 발생시킬 수 있다. 그림 4의 ECL 슈미트 트리거를 사용한 오실로스코프 사진 파형은 www.edn.com/080306di에서 볼 수 있다.
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Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 4
