高速串行化數(shù)據(jù)連接已廣泛用于網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和3G基站中的視頻顯示、數(shù)碼相機(jī)和背板數(shù)據(jù)傳輸。Maxim為串行收發(fā)鏈路開發(fā)了各種產(chǎn)品，本應(yīng)用筆記討論了典型的串行器和解串器(SerDes)芯片組(MAX9247和MAX9218)在不同的電纜類型、電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率下的性能。所得結(jié)論可以作為高速串行數(shù)據(jù)互連的應(yīng)用指南。

概述

Maxim的高速串行器、解串器(SerDes)產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于汽車、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和3G基站中的視頻、圖像和數(shù)據(jù)傳輸。MAX9247串行器與MAX9218解串器構(gòu)成一對(duì)兒典型的具有嵌入式時(shí)鐘的單通道LVDS鏈路。該鏈路的最高串行數(shù)據(jù)速率可達(dá)800Mbps。

本應(yīng)用筆記討論了該數(shù)據(jù)收發(fā)鏈路在不同電纜類型、電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率情況下的的性能以及采用Maxim專有的預(yù)加重技術(shù)和線路均衡技術(shù)所帶來的性能改善。同時(shí)為了滿足汽車應(yīng)用中惡劣環(huán)境的要求，該串行器/解串器(SerDes)芯片組在-40°C到+105°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)試裝置

測(cè)試裝置包括一臺(tái)Agilent ParBERT 81250測(cè)試儀，TDS784C 1GHz數(shù)字示波器，TEK P6247差分探針和MAX9217/MAX9218評(píng)估板，Agilent 81250是并行誤碼率測(cè)試儀(BERT)。這些器件的連接方式如下圖所示( 圖1 )。

圖1. MAX9247和MAX9218的性能測(cè)試裝置

MAX9247有27位并行數(shù)據(jù)輸入，其中18位是RGB視頻數(shù)據(jù)輸入，9位是控制輸入。LVDS串行鏈路的數(shù)據(jù)速率為并行數(shù)據(jù)速率的20倍，包括2個(gè)附加位。Agilent 81250的前9個(gè)輸出通道連接至前9個(gè)RGB輸入端(RGB_IN0到RGB_IN8)。前9個(gè)通道的反向輸出連接到剩余的9個(gè)RGB輸入端(RGB_IN9到RGB_IN17)，誤碼率測(cè)試儀(BERT)只檢測(cè)RGB數(shù)據(jù)。ParBERT的每一個(gè)輸出通道的數(shù)據(jù)序列是獨(dú)立產(chǎn)生的、在2^1492^長(zhǎng)度內(nèi)無重復(fù)的偽隨機(jī)序列比特流，RGB數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)度是1370位。在1370位之后加一個(gè)20位的時(shí)間間隔作為控制周期。所有的控制位(CNTL_IN0到CNTL_IN8)通常被設(shè)置為0。圖2所示為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這個(gè)1390位的并行數(shù)據(jù)格式在測(cè)試中重復(fù)出現(xiàn)，信號(hào)DE_IN交替改變RGB數(shù)據(jù)周期和控制周期。

圖2. 測(cè)試數(shù)據(jù)的序列結(jié)構(gòu)

測(cè)試條件和測(cè)量結(jié)果

我們測(cè)試了3對(duì)兒雙絞電纜，如下表所示。

表1. 測(cè)試的電纜類型

為了測(cè)試串行器/解串器(SerDes)芯片組的性能和電纜長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，我們觀察了不同電纜長(zhǎng)度的誤碼率(BER)，并記錄了10分鐘之內(nèi)無誤碼時(shí)的最高并行數(shù)據(jù)速率。數(shù)據(jù)速率的增量是1Mbps。我們用這種方法測(cè)量性能主要基于LVDS SerDes收發(fā)器的兩方面考慮：第一，如果10分鐘內(nèi)沒有誤碼的話，那就很有可能在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)也不會(huì)出現(xiàn)誤碼；第二，即使在速率非常低的情況下也能在十分鐘內(nèi)觀察到誤碼的話，那么微小的數(shù)據(jù)速率增量(<0.5Mbps)也將造成解串器上的DE_OUT信號(hào)失鎖。因此，我們的方法是考慮了測(cè)試時(shí)間和測(cè)試可靠性的一個(gè)合理的折衷方案。所以，我們可以假設(shè)，在某一特定數(shù)據(jù)速率下，若十分鐘內(nèi)沒有誤碼發(fā)生，那么鏈路的誤碼率(BER)小于10^-10^或10 ^-11^ 。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們可以用式1計(jì)算這個(gè)假設(shè)的置信度：

其中，N是在觀察周期內(nèi)(例如10分鐘)通過串行鏈路傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，p是假設(shè)的誤碼率(BER)。表2所示是對(duì)不同數(shù)據(jù)速率的置信度。

表2. 10分鐘內(nèi)觀察到的置信度和數(shù)據(jù)速率的關(guān)系

測(cè)試結(jié)果

表3所示是在不同的電纜類型、電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率，以及預(yù)加重功能和LVDS均衡器使能或禁止情況下得到的性能。預(yù)加重功能集成在MAX9247內(nèi)，將評(píng)估板上跳線JP15設(shè)置為高電平即可將其使能。專有的LVDS均衡器放置在MAX9247的LVDS輸出端，如圖1所示。欲知均衡器的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，請(qǐng)聯(lián)系Maxim的應(yīng)用技術(shù)支持。表3中的所有數(shù)據(jù)都是在室溫下測(cè)試得到的。30m NISSEI AWG26電纜在擴(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)的測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表3. 在不同條件下測(cè)試所得的SerDes收發(fā)器的可靠數(shù)據(jù)速率

表4. 在擴(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)測(cè)得的SerDes收發(fā)器的可靠數(shù)據(jù)速率(*) | Cable Type | Maximum Reliable Serial Data Rate (SDR) |

| ------------------- | ----------------------------------------- |

| Temperature |

| -40°C | 25°C | 105°C |

| PCLK (MHz) | SDR (Mbps) | PCLK (MHz) | SDR (Mbps) | PCLK (MHz) | SDR (Mbps) |

| NISSEI AGW26, 30m | 36 | 648 | 35 | 630 | 31 | 558 |

*注：在這個(gè)測(cè)試中，預(yù)加重功能和LVDS均衡器都為使能狀態(tài)。

下面的眼圖是在解串器的LVDS輸入端口記錄下來的。這些圖形顯示了解串器對(duì)失真符號(hào)的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。我們同樣可以在眼圖中看出LVDS鏈路均衡器對(duì)信號(hào)的顯著改善。

圖3. NISSEI AWG26電纜，20m長(zhǎng)，速率為702Mbps，啟用預(yù)加重功能和均衡器

圖4. NISSEI AWG26電纜，30m長(zhǎng)，速率為630Mbps，啟用預(yù)加重功能和均衡器

圖5. NISSEI AWG26電纜，30m長(zhǎng)，速率為306Mbps，啟用預(yù)加重功能

圖6. NISSEI AWG26電纜，30m長(zhǎng)，速率為306Mbps，啟用預(yù)加重功能和均衡器

總結(jié)

由表3和表4所示結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論：

• 雖然CAT5E非屏蔽電纜的性能比其它兩種類型的電纜好，但是它在應(yīng)用中會(huì)有電磁干擾(EMI)的問題。
• 預(yù)加重和LVDS均衡有助于改善鏈路性能。預(yù)加重可為短程電纜提供更大的幅度提升，而均衡器對(duì)長(zhǎng)電纜的改善更有效。對(duì)于30m的電纜，均衡器可以使其數(shù)據(jù)傳輸速率翻倍。
• 在擴(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)的性能差異相對(duì)很小。
• 電纜的線規(guī)會(huì)制約性能。推薦使用優(yōu)于AWG28的電纜。
• 審核編輯：郭婷