引言

在高速串行通信中，CDR（Clock-Data-Recovery）時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)功能起著關(guān)鍵作用。CDR電路可以從數(shù)據(jù)流中同時(shí)提取出數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，鏈路上不再需要伴隨信號(hào)發(fā)送隨路時(shí)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(shí)鐘相位偏差導(dǎo)致的傳輸錯(cuò)誤，對(duì)長(zhǎng)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(shí)鐘系統(tǒng)上可以完全解耦，帶來(lái)非常大的系統(tǒng)靈活性。

智多晶FPGA通過(guò)普通邏輯和IO資源實(shí)現(xiàn)了CDR應(yīng)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(shù)方案。

Bit CDR Demo介紹

Bit_CDR Demo中的核心模塊CDR基于過(guò)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(kāi)發(fā)板上各有一對(duì)雙波長(zhǎng)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(shí)應(yīng)用環(huán)境。兩張開(kāi)發(fā)板工作于自己晶振產(chǎn)生的獨(dú)立時(shí)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(shù)方案上選擇以IEEE802.3協(xié)議為框架來(lái)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(guò)程中可以保持DC平衡，編碼后不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)0和長(zhǎng)1碼，還具備較強(qiáng)的錯(cuò)誤識(shí)別能力。由于IEEE802.3協(xié)議框架在應(yīng)用上的通用性，demo本身也具備足夠的應(yīng)用參考價(jià)值。

Bit_CDR_DEMO技術(shù)框圖

發(fā)送端：數(shù)據(jù)生成模塊自動(dòng)生成有規(guī)律的報(bào)文數(shù)據(jù)；報(bào)文經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議模塊打包；在TX_PCS模塊進(jìn)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(lái)的差分信號(hào)，在RX_PMA模塊中完成信號(hào)識(shí)別和采樣、數(shù)據(jù)窗的同步判斷、10bit并行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的恢復(fù)；在RX_PCS模塊中完成8b10b解碼；在以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議模塊進(jìn)行payload解包，最后在PAYLOAD check模塊對(duì)解出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行規(guī)律正確性檢查并輸出報(bào)錯(cuò)。

Demo效果

在上述的TX-RX環(huán)路平臺(tái)上，我們通過(guò)錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器，對(duì)誤碼率進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)測(cè)和評(píng)估，誤碼率低于10^-12。

Demo特性

采用過(guò)采樣方式實(shí)現(xiàn)CDR功能

能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)和時(shí)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(guò)IEEE802.3鏈路驗(yàn)證

支持鏈路狀態(tài)檢測(cè)和管理控制

誤碼率低于10^-12 [1]

應(yīng)用場(chǎng)景

200M~250Mbps[2]速率以內(nèi)的單lane通訊。

工業(yè)設(shè)備子卡與主板之間的多節(jié)點(diǎn)背板通訊（M-LVDS）

長(zhǎng)距離通訊光端機(jī)

應(yīng)用中針對(duì)傳輸phy芯片的cost-down

[注]

[1]基于20Km光纖和150Mbps速率條件下測(cè)得。

[2]速率上限取決于器件。