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LVDS串行-解串器在電纜數(shù)據(jù)傳輸中的性能
利用串行-解串器能夠大大減少短距離、寬帶數(shù)據(jù)通信中的連線。類似的應用有電信和網(wǎng)絡設備的背板互連、3G蜂窩電話基站中機架內(nèi)部的互連、數(shù)字視頻接口等。采用電流模式、低電壓差分信號(LVDS)的好處在于易端接、低傳輸功率和低電磁干擾(EMI)。但LVDS的主要標準TIA/EIA-644-A中只規(guī)定了信號電平等物理層參數(shù),而沒有給出諸如數(shù)據(jù)速率與電纜長度對應關系的互連特性。LVDS標準提供給用戶的僅僅是LVDS信號的基本兼容規(guī)范,在實際的高速應用中,用戶還必須了解在規(guī)定的電纜和傳輸距離條件下所能達到的性能。
Maxim公司生產(chǎn)的MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208 LVDS解串器能夠通過差分特性阻抗為100Ω的串行點對點鏈路進行高速數(shù)據(jù)傳輸,MAX9205/MAX9206的串行“有效載荷”數(shù)據(jù)速率(含同步碼)為160Mbps~400Mbps;MAX9207/MAX9208的速率為400Mbps~600Mbps。該兩組芯片引腳兼容,但分別優(yōu)化在不同的頻率范圍。下面介紹MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208解串器在不同數(shù)據(jù)速率、電纜長度下的實驗室測試結(jié)果和誤碼率(BER)分析。同時將BER與不同長度的CAT-5E非屏蔽雙絞線上的眼圖抖動相關聯(lián)。
1。拢牛覝y試
BER測試是衡量傳輸鏈路可靠性最直接、最準確的途徑。數(shù)字通信鏈路所要求的誤碼率非常低,通常為千億分之一(10-12)或更低。
進行BER測試需要高品質(zhì)的信號發(fā)生器和特定的測試設備,通常BER測試需要用數(shù)小時甚至幾天的時間來傳輸大量的數(shù)據(jù)以達到10-12或更低BER的測試要求,這取決于數(shù)據(jù)的傳輸速率?紤]到BER測試比較耗時,通常用一些快速測量方式預測傳輸鏈路的可靠性,如設置產(chǎn)生低BER的抖動電平等。實際上,BER測試通常用于驗證數(shù)據(jù)表中抖動指標的最大值。圖1所示是用LVDS串行器/解串器建立點對點鏈路的配置。
2 測試裝置
當MAX9205或MAX9207 LVDS串行器發(fā)送LVDS信號后,串行器將在并行數(shù)據(jù)時鐘(TCLK)的上升沿鎖存10位并行數(shù)據(jù),并在加入2位同步碼后通過單路LVDS輸出端口發(fā)送串行數(shù)據(jù)。MAX9205的并行數(shù)據(jù)時鐘范圍為16~40MHz;MAX9207的時鐘范圍為40~60MHz。加入2位同步碼后,串行數(shù)據(jù)比特率為12倍 TCLK!坝行лd荷”串行數(shù)據(jù)速率(串行比特率減去2位同步碼)為10倍TCLK。
圖2 電纜測試裝置表示將串行I/O轉(zhuǎn)換成并行I/O的串行器/解串器
在圖2所示的電纜測試裝置中,2號評估板的串行器和解串器可將安捷倫(Agilent)公司的86130A BER測試儀的串行I/O轉(zhuǎn)換成并行I/O,然后將并行數(shù)據(jù)送入或從1號電纜測試評估板讀出。86130A輸出的串行數(shù)據(jù)序列碼長為1200位,其中1000位取自2m-1偽隨機二進制序列(PRBS),每10位PRBS碼插入01同步碼仿真串行器的添加位。2號評估板的解串器可移出同步碼并輸出PRBS并行數(shù)據(jù)至1號評估板的電纜測試串行器。串行數(shù)據(jù)序列被連續(xù)重復發(fā)送,而安捷倫公司的81250則主要用于提供所需要的參考時鐘(TCLK用于串行器、REF-CLK用于解串器)。
通過分別測試電纜長度為5英尺、15英尺、30英尺、60英尺和100英尺(采用General Cable公司的5E類以太網(wǎng)AWG24非屏蔽雙絞線,型號為2133629H)時的BER,并采用Tektroni×TDS784C示波器和Tektroni×P6247 1.0GHz差分探測器測試解串器輸入端的眼圖抖動特性,同時調(diào)節(jié)81250提供的TCLK串行器參考時鐘的延遲時間,可使其符合表中列出的串行器輸入建立時間和保持時間的要求。
3 測試結(jié)果
測試時可分別采用MAX9205/MAX9206和MAX9207/MAX9208串行-解串器對,8631A為 MAX9205/MAX9206提供的串行比特率為192~480Mbps,為MAX9207/MAX9208提供的比特率為480~720Mbps。為了量化眼圖信號的完整性,可以定義兩個參數(shù):總計抖動(tTJ)和臨界抖動(tMJ)。其中tTJ是在差分電壓為0時測試的抖動時間寬度(0差分電壓是示波器軌跡的橫軸),tMJ是零差分電壓處的抖動中點與300mV峰值差分電壓所對應的抖動中點之間的時間間隔(參見圖3)。人們可能期望解串器-差分輸入在差分電壓為0V點發(fā)生轉(zhuǎn)換,但是,比較保守的方法是用額外的差分電壓提供過驅(qū)動。實際上,tTJ對應的電平轉(zhuǎn)換發(fā)生在0V差分電壓,而tMJ則要求在轉(zhuǎn)換解串器輸入電平之前差分信號就應達到300mVp-p。由此可見,用tMJ檢測信號的完整性更加可靠。在圖3中將tUI定義為一比特串行碼的持續(xù)時間(單位間隔),單位間隔是參考頻率周期除以12。
由于差分峰值電壓(Vp-p)是測試點單端電壓之差的兩倍,因此,在測試點,如果VOUT+為1.35V、VOUT_為1.10V(相對于地電位,高電平)或VOUT+為1.10V、VOUT為1.35V(相對于地電位,低電平狀態(tài)),則Vp-p為500mV。由于采用差分探測器進行測試,它取VOUT+與VOUT_的差值,眼圖中表現(xiàn)為Vp-p。
表1列出了MAX9206/MAX9208解串器數(shù)據(jù)表中規(guī)定的最大tMJ,如果tMJ低于或等于表中列出的最大值,解串器即能確保數(shù)據(jù)的恢復。測試過程可在兩種條件下進行,第一是使串行測試模板按照串行-解串器對所允許的最高速率在不同電纜長度下運行1小時,然后測試tTJ、tMJ和誤碼數(shù);第二是在最大抖動條件下(大于數(shù)據(jù)表中tMJ的最大值)發(fā)送10小時以上的串行測試數(shù)據(jù)(發(fā)送碼長高于1.73×1013位
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