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)成一對兒典型的具有嵌入式時鐘的單通道LVDS鏈路。該鏈路的最高串行數(shù)據(jù)速率可達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)進行了測試。

測試裝置

測試裝置包括一臺Agilent ParBERT 81250測試儀，TDS784C 1GHz數(shù)字示波器，TEK P6247差分探針和MAX9217/MAX9218評估板，Agilent 81250是并行誤碼率測試儀(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個附加位。Agilent 81250的前9個輸出通道連接至前9個RGB輸入端(RGB_IN0到RGB_IN8)。前9個通道的反向輸出連接到剩余的9個RGB輸入端(RGB_IN9到RGB_IN17)，誤碼率測試儀(BERT)只檢測RGB數(shù)據(jù)。ParBERT的每一個輸出通道的數(shù)據(jù)序列是獨立產(chǎn)生的、在2^1492^長度內(nèi)無重復(fù)的偽隨機序列比特流，RGB數(shù)據(jù)序列的長度是1370位。在1370位之后加一個20位的時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1390位的并行數(shù)據(jù)格式在測試中重復(fù)出現(xiàn)，信號DE_IN交替改變RGB數(shù)據(jù)周期和控制周期。

圖2. 測試數(shù)據(jù)的序列結(jié)構(gòu)

測試條件和測量結(jié)果

我們測試了3對兒雙絞電纜，如下表所示。

表1. 測試的電纜類型

為了測試串行器/解串器(SerDes)芯片組的性能和電纜長度與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，我們觀察了不同電纜長度的誤碼率(BER)，并記錄了10分鐘之內(nèi)無誤碼時的最高并行數(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小時內(nèi)也不會出現(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信號失鎖。因此，我們的方法是考慮了測試時間和測試可靠性的一個合理的折衷方案。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，我們可以用式1計算這個假設(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?shù)，p是假設(shè)的誤碼率(BER)。表2所示是對不同數(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

測試結(jié)果

表3所示是在不同的電纜類型、電纜長度和數(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。欲知均衡器的實現(xiàn)細節(jié)，請聯(lián)系Maxim的應(yīng)用技術(shù)支持。表3中的所有數(shù)據(jù)都是在室溫下測試得到的。30m NISSEI AWG26電纜在擴展級溫度范圍內(nèi)的測試結(jié)果如表4所示。

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

表4. 在擴展級溫度范圍內(nèi)測得的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：在這個測試中，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失真符號的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。我們同樣可以在眼圖中看出LVDS鏈路均衡器對信號的顯著改善。

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

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

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

圖6. NISSEI AWG26電纜，30m長，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，而均衡器對長電纜的改善更有效。對于30m的電纜，均衡器可以使其數(shù)據(jù)傳輸速率翻倍。
• 在擴展級溫度范圍內(nèi)的性能差異相對很小。
• 電纜的線規(guī)會制約性能。推薦使用優(yōu)于AWG28的電纜。
• 審核編輯：郭婷