深入解析SCAN921260：高性能1:10解串器的技術奧秘與應用指南

在電子設計的領域中，解串器作為數據傳輸與處理的關鍵組件，其性能和功能直接影響著整個系統的穩定性和效率。今天，我們將聚焦于德州儀器（TI）的SCAN921260解串器，深入探討其特性、工作模式、電氣參數以及應用要點，為電子工程師們在實際設計中提供全面而深入的參考。

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一、SCAN921260概述

SCAN921260是一款高度集成的解串器芯片，它將六個1:10解串器整合于一體，能夠同時對多達六條由TI的SCAN921023總線LVDS串行器序列化后的數據流進行解串操作。此外，該芯片還配備了第七個串行輸入通道，作為冗余輸入，為系統提供了N + 1冗余能力，大大增強了數據傳輸的可靠性。

主要特性

1. IEEE 1149.1（JTAG）兼容性與全速BIST測試模式：支持標準的邊界掃描測試，方便進行互連測試和故障診斷。
2. 多通道解串能力：可同時處理多達六條數據流，每個解串器模塊獨立運行，擁有自己的時鐘恢復電路和鎖檢測信號。
3. 高并行時鐘速率：片上并行時鐘速率最高可達66 MHz，滿足高速數據處理需求。
4. 單電源供電：采用單一的+3.3V電源供電，估計功耗為1.2W（在3.3V和PRBS - 15模式下），降低了電源設計的復雜度。
5. 工業級溫度范圍：能夠在 - 40°C至 + 85°C的工業溫度范圍內穩定工作，適應各種惡劣環境。

二、電氣參數與性能指標

絕對最大額定值

在使用SCAN921260時，必須嚴格遵守其絕對最大額定值，以確保器件的安全和可靠性。例如，電源電壓（Vcc）的范圍為 - 0.3V至 + 4V，LVCMOS/LVTTL輸入和輸出電壓范圍為 - 0.3V至3.9V等。這些參數規定了器件能夠承受的極限條件，超出這些范圍可能會導致器件損壞。

推薦工作條件

為了使SCAN921260達到最佳性能，建議在推薦的工作條件下使用。例如，電源電壓（Vcc）的推薦值為3.0V至3.6V，典型值為3.3V；工作環境溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C；時鐘速率范圍為20 MHz至66 MHz。

電氣特性

SCAN921260的電氣特性涵蓋了LVCMOS/LVTTL直流規格、Bus LVDS直流規格、電源電流、時序要求以及解串器的開關特性等多個方面。這些參數詳細描述了器件在不同工作條件下的電氣性能，對于電路設計和性能優化至關重要。例如，LVCMOS/LVTTL輸入的高電平輸入電壓（VIH）最小值為2.0V，低電平輸入電壓（VIL）最大值為0.8V；Bus LVDS接收器的差分閾值高電壓（VTH）范圍為 + 3mV至 + 50mV等。

三、工作模式與狀態

初始化

在SCAN921260開始接收和解串數據之前，需要進行初始化操作。初始化的主要目的是使解串器和發送端的串行器的PLL與本地時鐘同步。具體步驟包括：上電后，輸出處于三態，片上電源排序電路禁用內部電路；當Vcc達到2.1V時，每個解串器的PLL開始鎖定本地時鐘（REFCLK）；解串器的PLL需要與串行器同步，識別同步模式或隨機數據中的上升時鐘沿，并在80個時鐘周期后與串行器的數據流同步。當解串器的PLL鎖定嵌入式時鐘時，LOCKn引腳變為低電平，輸出出現有效數據。

數據傳輸

初始化完成后，串行器將數據傳輸到解串器。串行數據流包含由串行器附加的起始位和停止位，用于幀定10位數據。起始位始終為高電平，停止位始終為低電平，它們還作為嵌入在串行流中的時鐘位。串行器以TCLK頻率的12倍傳輸數據和時鐘位，而實際的有效數據速率為TCLK頻率的10倍。當解串器通道與串行器的輸入同步時，其LOCKn引腳變為低電平，同步輸出有效數據。

重新同步

如果解串器在數據傳輸過程中失去鎖定，它將自動嘗試重新同步。系統可以選擇讓解串器自動重新同步到數據流，或者通過脈沖串行器的SYNC1或SYNC2引腳來強制同步。一種推薦的方法是使用LOCKn引腳提供反饋回路，控制串行器的同步請求。

掉電模式

掉電模式是一種低功耗睡眠模式，解串器在等待初始化或無數據傳輸時通常進入此模式。當PWRDN引腳被拉低時，解串器進入掉電模式，此時PLL停止工作，輸出變為三態，電源電流降低到微安級別。要退出掉電模式，系統將PWRDN引腳拉高，解串器進入初始化狀態。

三態模式

當系統將REN引腳拉低時，解串器進入三態模式，此時接收器輸出引腳（ROUT[00:59]）和RCLK[0:5]變為三態。當REN引腳被拉高時，解串器將返回之前的狀態，前提是其他控制引腳保持不變。

四、測試模式

IEEE 1149.1測試模式

SCAN921260支持符合IEEE 1149.1標準的邊界掃描測試（JTAG），所有數字TTL I/O都可以通過該標準進行訪問。進入此測試模式將覆蓋所有輸入控制情況，包括PWRDN和REN。除了必需的測試訪問端口（TAP）信號TMS、TCK、TDI和TDO外，還提供了TRST用于測試復位。此外，SCAN921260還提供了兩種測試LVDS互連的指令：EXTEST用于LVDS級別的通過/不通過測試；RUNBIST指令用于“系統速度”互連測試，在66MHz的系統時鐘速度下，大約需要33ms完成測試。

BIST單獨測試模式

SCAN921260還支持BIST單獨功能，無需啟用JTAG TAP控制器即可運行。該功能允許對所有通道或單個通道進行連續的誤碼率（BER）測試，而不會影響其他通道的實時流量。通過BIST_SEL0、BIST_SEL1、BIST_SEL2、BIST_ACT和BISTMODE_REQ這五個引腳可以訪問BIST單獨功能。

五、應用要點

噪聲容限

解串器的噪聲容限是指其能夠容忍的輸入抖動（相位噪聲）量，以確保可靠地接收數據。影響噪聲容限的因素包括串行器的TCLK抖動、VCC噪聲、傳輸介質的ISI和大VCM偏移以及解串器本身的VCC噪聲等。在設計中，需要充分考慮這些因素，采取相應的措施來降低噪聲干擾。

鎖定丟失恢復

如果解串器在數據傳輸過程中失去鎖定，最多可能會有1個周期的先前接收數據無效。這是由于鎖定檢測電路的延遲，該電路需要連續兩次接收到無效時鐘信息才能指示鎖定丟失。因此，在解串器重新鎖定到輸入數據流且LOCKn引腳變為低電平后，至少應懷疑前一個數據周期存在位錯誤。解串器可以通過讓串行器重新發送同步模式或隨機鎖定的方式重新鎖定到輸入數據流。

熱插拔

所有BusLVDS設備都支持熱插拔，但需要遵循一定的規則。插入時，應確保接地引腳首先接觸，然后是VCC引腳，最后是I/O引腳；移除時，應先拔出I/O引腳，然后是VCC引腳，最后是接地引腳。

PCB布局與電源系統考慮

為了為SCAN921260提供無噪聲的電源，PCB布局和堆疊設計至關重要。建議使用至少4層PCB板，包括Bus LVDS信號層、接地層、電源層和TTL信號層。同時，應采用薄介電層（4至10密耳）來提高電源系統的性能。此外，還應遵循一些常見的布局原則，如分離高頻或高電平輸入輸出、使用表面貼裝電容、采用雙過孔等，以減少噪聲干擾和提高信號完整性。

傳輸介質

SCAN921260可以與串行器一起用于點對點配置，通過PCB走線或雙絞線電纜進行數據傳輸。在點對點配置中，傳輸介質只需在接收器端進行端接。同時，需要考慮串行器和解串器之間的接地電平偏移問題，以及Bus LVDS在接收器輸入端提供的±1.2V共模范圍。

故障安全偏置

SCAN921260具有內部故障安全偏置和改進的輸入閾值靈敏度（±50mV），相比DS92LV1210或DS92LV1212的±100mV有了顯著提升。然而，在接收器輸入未被主動驅動的情況下，這種高靈敏度可能會拾取噪聲并導致意外鎖定。為了防止這種情況發生，可以在接收器電路板上添加外部電阻，通過上拉非反相接收器輸入和下拉反相接收器輸入，為接收器輸入提供偏置。

六、總結

SCAN921260作為一款功能強大、性能卓越的解串器芯片，為電子工程師們提供了一個可靠的解決方案，適用于各種高速數據傳輸和處理應用。通過深入了解其特性、工作模式、電氣參數和應用要點，工程師們可以更好地設計和優化電路，充分發揮SCAN921260的優勢，提高系統的穩定性和可靠性。在實際應用中，還需要根據具體的設計需求和環境條件，靈活運用各種技術和方法，確保系統的性能達到最佳狀態。希望本文能夠為廣大電子工程師在使用SCAN921260進行設計時提供有價值的參考和指導。你在使用類似解串器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。