引言

在高速串行通信中，CDR（Clock-Data-Recovery）時鐘與數(shù)據(jù)恢復功能起著關鍵作用。CDR電路可以從數(shù)據(jù)流中同時提取出數(shù)據(jù)和時鐘，鏈路上不再需要伴隨信號發(fā)送隨路時鐘，大量節(jié)省IO資源和布線成本，并且完全消除在高速通訊中因數(shù)據(jù)和時鐘相位偏差導致的傳輸錯誤，對長距離傳輸友好；采用了CDR電路的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)收發(fā)兩端在時鐘系統(tǒng)上可以完全解耦，帶來非常大的系統(tǒng)靈活性。

智多晶FPGA通過普通邏輯和IO資源實現(xiàn)了CDR應用的支持，在上限200~250Mbps[2]速率范圍內(nèi)提供了更為有力的通訊技術方案。

Bit CDR Demo介紹

Bit_CDR Demo中的核心模塊CDR基于過采樣原理，在Sealion器件上可以支持到200Mbps。Demo使用了兩張基于Sealion 25K FPGA的電路板，其中一張板做發(fā)送端，另一張板作為接收端。開發(fā)板上各有一對雙波長光模塊相互作為收發(fā)，光模塊之間使用20KM的光纖連接，模擬真實應用環(huán)境。兩張開發(fā)板工作于自己晶振產(chǎn)生的獨立時鐘，數(shù)據(jù)速率定為150Mbps。

Demo系統(tǒng)示意框圖

考慮到Demo演示的合理性，整體技術方案上選擇以IEEE802.3協(xié)議為框架來搭建。使用IEEE802.3協(xié)議，可以保證產(chǎn)生的串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中可以保持DC平衡，編碼后不會出現(xiàn)長0和長1碼，還具備較強的錯誤識別能力。由于IEEE802.3協(xié)議框架在應用上的通用性，demo本身也具備足夠的應用參考價值。

Bit_CDR_DEMO技術框圖

發(fā)送端：數(shù)據(jù)生成模塊自動生成有規(guī)律的報文數(shù)據(jù)；報文經(jīng)過以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議模塊打包；在TX_PCS模塊進行8b10b編碼；在TX_PMA模塊以150Mbps速率串化輸出至光模塊。

接收端：光模塊接收下來的差分信號，在RX_PMA模塊中完成信號識別和采樣、數(shù)據(jù)窗的同步判斷、10bit并行數(shù)據(jù)和時鐘的恢復；在RX_PCS模塊中完成8b10b解碼；在以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議模塊進行payload解包，最后在PAYLOAD check模塊對解出的數(shù)據(jù)包進行規(guī)律正確性檢查并輸出報錯。

Demo效果

在上述的TX-RX環(huán)路平臺上，我們通過錯誤統(tǒng)計計數(shù)器和計時器，對誤碼率進行了簡單的實測和評估，誤碼率低于10^-12。

Demo特性

采用過采樣方式實現(xiàn)CDR功能

能夠恢復數(shù)據(jù)和時鐘

可靈活支持串并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式

串并轉(zhuǎn)換特征碼（comma word）可配置

通過IEEE802.3鏈路驗證

支持鏈路狀態(tài)檢測和管理控制

誤碼率低于10^-12 [1]

應用場景

200M~250Mbps[2]速率以內(nèi)的單lane通訊。

工業(yè)設備子卡與主板之間的多節(jié)點背板通訊（M-LVDS）

長距離通訊光端機

應用中針對傳輸phy芯片的cost-down

[注]

[1]基于20Km光纖和150Mbps速率條件下測得。

[2]速率上限取決于器件。