DS90C241和DS90C124：5 - MHz至35 - MHz DC平衡24位FPD - Link II串行器和解串器深度解析

在硬件設計領域，數據傳輸的高效性和穩定性至關重要。DS90C241和DS90C124作為5 - MHz至35 - MHz DC平衡24位FPD - Link II串行器和解串器，在眾多應用場景中展現出了卓越的性能。今天，我們就來深入探討這兩款芯片的特性、應用及設計要點。

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一、芯片特性亮點

（一）數據傳輸優勢

DS90C241和DS90C124能夠將24位并行總線轉換為帶有嵌入式時鐘信息的全透明數據和控制LVDS串行流。這種單串行流設計消除了并行數據和時鐘路徑之間的偏斜問題，簡化了通過PCB走線或電纜傳輸24位總線的過程。同時，它通過縮小數據路徑，降低了系統成本，減少了PCB層數、電纜寬度以及連接器尺寸和引腳數量。

（二）功能特性豐富

1. DC平衡編碼和解碼：支持AC耦合接口，無需外部編碼，內部DC平衡編碼和解碼功能確保了數據傳輸的穩定性。
2. 電源控制靈活：發射器和接收器都有獨立的電源控制，方便在不同應用場景中實現高效運行。
3. 時鐘恢復功能：接收器上的嵌入式時鐘CDR（時鐘和數據恢復）功能，無需外部參考時鐘源，大大簡化了系統設計。
4. 預加重功能：通過LVDS輸出上的外部電阻，用戶可以自定義預加重驅動能力，能夠驅動長達10米的屏蔽雙絞線電纜。
5. 時鐘邊緣可選：發射器和接收器上的并行數據都可以選擇用戶可選的時鐘邊緣，增加了設計的靈活性。

二、廣泛的應用場景

（一）汽車領域

在汽車行業，DS90C241和DS90C124有著廣泛的應用，如汽車中央信息顯示屏、汽車儀表盤顯示屏、汽車平視顯示器以及基于遠程攝像頭的駕駛員輔助系統等。這些應用場景對數據傳輸的穩定性和實時性要求極高，而這兩款芯片正好能夠滿足這些需求。

（二）其他領域

其在一些需要長距離、高速數據傳輸的場景中也能發揮重要作用，如工業控制、安防監控等領域。

三、芯片詳細描述

（一）工作原理

DS90C241將24位寬的并行LVCMOS數據轉換為帶有嵌入式時鐘的單高速LVDS串行數據流，并對數據進行加擾或DC平衡處理，以提高信號質量，支持AC耦合。DS90C124則接收LVDS串行數據流，將其轉換回24位寬的并行數據和恢復的時鐘。

（二）初始化和鎖定機制

在數據傳輸前，需要對DS90C241和DS90C124進行初始化，即同步串行器和解串器的PLL。串行器鎖定輸入時鐘源后，解串器再與之同步。解串器能夠在不使用單獨參考時鐘源的情況下鎖定數據流，實現真正的自動插拔和鎖定性能。

（三）數據傳輸過程

數據通過TCLK輸入時鐘進入串行器，TRFB引腳可選擇TCLK的邊緣來選通數據。串行器輸出（DOUT±）驅動點對點連接，同時會傳輸CLK1、CLK0、DCA、DCB四個開銷位。解串器鎖定輸入數據流后，會驅動LOCK引腳為高，并在輸出端提供有效的數據和恢復的時鐘。

（四）預加重功能

DS90C241的預加重功能可補償長距離或有損傳輸介質的影響。通過在LVDS邏輯轉換期間增加額外電流，減少電纜負載效應，增加驅動距離，提高信號完整性。但需要注意的是，預加重的量應根據具體應用的傳輸距離進行調整，過多的預加重可能會導致接收器輸入引腳出現過沖或下沖現象。

（五）AC耦合和終端匹配

芯片支持通過集成的DC平衡編碼/解碼方案實現AC耦合互連。在LVDS信號路徑中插入外部AC耦合電容器，可實現串行器和解串器之間的AC耦合連接。解串器輸入級設計為AC耦合，提供了多種終端匹配選項，如使用100Ω電阻、兩個50Ω電阻以及電壓分壓器網絡等，以滿足不同的應用需求。

四、典型應用設計

（一）設計要求

在典型設計應用中，SER/DES僅支持通過集成的DC平衡解碼方案實現AC耦合互連，因此需要在FPD - Link III信號路徑中串聯外部AC耦合電容器。

（二）詳細設計步驟

1. 電源設計：電路布局和堆疊應提供低噪聲電源，使用薄電介質（2至4密耳）的電源和接地夾層可提高電源系統性能。外部旁路電容器應包括RF陶瓷和鉭電解電容器，且MLCC表面貼裝電容器因其較小的寄生特性而被推薦使用。
2. 布線設計：使用至少四層板，有電源和接地層。將LVCMOS信號與LVDS線路分開，以防止耦合。LVDS互連推薦使用100Ω的緊密耦合差分線，這種設計有助于確保耦合噪聲表現為共模，從而被接收器拒絕，同時減少輻射。
3. 終端匹配：LVDS互連需要進行終端匹配，對于點對點應用，應在設備兩端放置100Ω的終端電阻，且電阻應盡可能靠近發射器DOUT±輸出和接收器RIN±輸入，以減少終端電阻和設備之間的殘端。

（三）噪聲裕量和傳輸介質

解串器的噪聲裕量是指其能夠容忍的輸入抖動（相位噪聲）量，各種環境和系統因素都會影響噪聲裕量，如串行器的TCLK抖動、VCC噪聲，介質的ISI、VCM噪聲以及解串器的VCC噪聲等。芯片可以通過PCB走線或雙絞線電纜進行點對點配置，傳輸介質需要在發射器和接收器對的兩端進行終端匹配。

（四）實時插入功能

DS90C241和DS90C124支持實時插拔應用，解串器能夠在實時插入事件中自動鎖定到活動數據流，為系統的靈活性和可維護性提供了保障。

五、布局和電源建議

（一）布局準則

良好的布局設計對于芯片的性能至關重要。要為LVDS SERDES設備提供低噪聲電源，分離高頻或高電平輸入輸出，減少雜散噪聲、反饋和干擾。使用薄電介質的電源和接地夾層，外部旁路電容器的選擇和放置也有一定要求。同時，要注意LVCMOS信號和LVDS線路的分離，以及LVDS互連的終端匹配。

（二）電源建議

由于芯片采用全CMOS設計，本身具有低功耗的特點。LVDS輸出的恒流源特性也有助于減少CMOS設計中速度與ICC曲線的斜率，降低功耗。

六、總結

DS90C241和DS90C124芯片以其出色的數據傳輸性能、豐富的功能特性和廣泛的應用場景，成為了硬件設計中數據傳輸解決方案的理想選擇。在實際設計過程中，我們需要充分考慮芯片的各種特性和要求，合理進行布局和電源設計，以確保系統的穩定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能為各位電子工程師在使用這兩款芯片時提供一些有益的參考。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。