高速通信的得力助手：DS32EL0124/DS32ELX0124解析

在高速通信領(lǐng)域，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?、穩(wěn)定性和抗干擾能力有著極高的要求。德州儀器（TI）的DS32EL0124和DS32ELX0124這兩款芯片，就像是兩位技藝精湛的“通信使者”，在高速串行通信中發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來(lái)深入了解一下它們。

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芯片概述

DS32EL0124和DS32ELX0124是兩款用于高速串行通信的解串器芯片，工作頻率范圍為125 MHz - 312.5 MHz，支持高達(dá)3.125 Gbps的串行數(shù)據(jù)速率。它們集成了時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，能夠在FR - 4印刷電路板背板、平衡電纜和光纖等介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)高速串行通信。而且，這兩款芯片采用了48引腳的WQFN封裝，散熱性能良好，非常適合對(duì)空間和散熱有要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

芯片特性大揭秘

接口與功能特性

1. DDR LVDS并行數(shù)據(jù)接口：采用5位DDR LVDS并行數(shù)據(jù)接口，可編程接收均衡功能可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整信號(hào)接收狀態(tài)。同時(shí)，還具備可選的DC - 平衡解碼器和去擾器，能有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。
2. 遠(yuǎn)程感應(yīng)功能：這個(gè)功能可以自動(dòng)檢測(cè)和協(xié)商鏈路狀態(tài)，無(wú)需額外的反饋路徑。當(dāng)與DS32EL0421或DS32ELX0421串行器直接連接時(shí)，能快速建立穩(wěn)定的通信鏈路。
3. 無(wú)需外部接收器參考時(shí)鐘：這一特性大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和復(fù)雜度。
4. 可編程LVDS輸出時(shí)鐘延遲：支持輸出數(shù)據(jù)有效信號(hào)和保持活動(dòng)時(shí)鐘輸出，方便系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步和控制。
5. 片上LC VCOs：提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。
6. 冗余串行輸入和重定時(shí)串行輸出（僅ELX設(shè)備）：增加了系統(tǒng)的可靠性和靈活性，在主輸入出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以切換到備用輸入。

電氣與性能特性

1. 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
2. 高ESD保護(hù)：具備超過(guò)8 kV的ESD（HBM）保護(hù)，有效防止靜電對(duì)芯片造成損壞。
3. 低輸入抖動(dòng)容限：在1.25 Gbps數(shù)據(jù)速率下，最小輸入抖動(dòng)容限為0.5 UI，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定接收。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

成像領(lǐng)域

在工業(yè)、醫(yī)療安全和打印機(jī)等成像設(shè)備中，需要高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)保證圖像的清晰和準(zhǔn)確。DS32EL0124/DS32ELX0124能夠滿(mǎn)足這些設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性的要求，確保圖像數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。

顯示領(lǐng)域

LED墻和商業(yè)顯示屏等需要高分辨率、高刷新率的顯示設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄头€(wěn)定性有很高的要求。這兩款芯片可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的解串和傳輸，為顯示設(shè)備提供清晰、流暢的圖像顯示。

視頻傳輸

在視頻傳輸系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)、高效地傳輸大量的視頻數(shù)據(jù)。DS32EL0124/DS32ELX0124的高速串行數(shù)據(jù)處理能力和低抖動(dòng)特性，能夠保證視頻數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸，減少視頻卡頓和失真。

通信系統(tǒng)

在通信系統(tǒng)中，如無(wú)線(xiàn)基站、數(shù)據(jù)中心等，需要高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)保證通信的順暢。這兩款芯片可以用于高速數(shù)據(jù)的解串和處理，提高通信系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

測(cè)試與測(cè)量

在測(cè)試和測(cè)量設(shè)備中，需要精確地采集和處理數(shù)據(jù)。DS32EL0124/DS32ELX0124的高精度數(shù)據(jù)處理能力和低抖動(dòng)特性，能夠滿(mǎn)足測(cè)試和測(cè)量設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的要求。

工業(yè)總線(xiàn)

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，工業(yè)總線(xiàn)需要高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信和控制。這兩款芯片可以用于工業(yè)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)解串和處理，提高工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的效率和可靠性。

關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

數(shù)據(jù)速率與時(shí)鐘頻率

串行數(shù)據(jù)速率范圍為1.25 - 3.125 Gbps，DDR并行時(shí)鐘頻率為125 - 312.5 MHz，能夠滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。

溫度范圍

工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，確保芯片在各種惡劣環(huán)境下都能正常工作。

ESD保護(hù)

具備超過(guò)8 kV的ESD（HBM）保護(hù)，有效防止靜電對(duì)芯片造成損壞，提高了芯片的可靠性和穩(wěn)定性。

輸入抖動(dòng)容限

在1.25 Gbps數(shù)據(jù)速率下，最小輸入抖動(dòng)容限為0.5 UI，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定接收，減少了數(shù)據(jù)傳輸中的誤碼率。

芯片功能詳細(xì)解析

電源管理

這兩款芯片有2.5V和3.3V兩種電源引腳，在電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保這些引腳正確連接并進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐月诽幚?。建議使用并聯(lián)的4.7μF和0.1μF電容進(jìn)行旁路，每個(gè)電源引腳都要連接一個(gè)0.1μF電容。同時(shí)，VDDPLL引腳需要連接一個(gè)22 μF電容到3.3V電源軌。在電源上電順序方面，雖然先開(kāi)啟3.3V電源再開(kāi)啟2.5V電源不是必需的，但如果先開(kāi)啟2.5V電源，可能會(huì)出現(xiàn)約600mA的初始電流沖擊，之后才會(huì)穩(wěn)定到最終值。無(wú)論上電順序如何，兩個(gè)電源軌都應(yīng)單調(diào)上升到最終值。此外，芯片還提供了兩種降低功耗的方法：一是讓板載主機(jī)FPGA或控制設(shè)備停止輸出DDR傳輸時(shí)鐘；二是寫(xiě)入掉電寄存器，使芯片進(jìn)入最低功耗模式。

復(fù)位功能

芯片有三種復(fù)位方式。一是在電源上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位；二是將RESET引腳拉低，當(dāng)引腳再次拉高時(shí)恢復(fù)正常工作；三是寫(xiě)入復(fù)位寄存器，將所有寄存器值恢復(fù)到默認(rèn)值，但如果SMBus默認(rèn)地址已更改，地址寄存器的值不受影響。

LVDS輸出

芯片的LVDS輸出符合ANSI/TIA/EIA - 644標(biāo)準(zhǔn)，為了保證信號(hào)質(zhì)量，建議FPGA和解串器輸出之間的PCB走線(xiàn)長(zhǎng)度不超過(guò)40英寸。過(guò)長(zhǎng)的走線(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減和通道偏移，從而引發(fā)序列化錯(cuò)誤。同時(shí)，主機(jī)與芯片之間的連接應(yīng)采用阻抗匹配的受控阻抗傳輸線(xiàn)，通常阻抗為100Ω。此外，通過(guò)寫(xiě)入寄存器30’h可以調(diào)整時(shí)鐘延遲。

環(huán)路濾波器

芯片內(nèi)部的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊（CDR）用于恢復(fù)輸入的串行數(shù)據(jù)，其環(huán)路濾波器是外部的。為了獲得最佳效果，建議在引腳26和27之間連接一個(gè)30nF的電容。

環(huán)路通過(guò)驅(qū)動(dòng)器發(fā)射幅度

對(duì)于DS32ELX0124芯片，其環(huán)路通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的發(fā)射幅度可以通過(guò)連接VODCTRL引腳到下拉電阻來(lái)控制。下拉電阻的值決定了輸出幅度VLTOD，可以使用公式 $V{LTOD}=left(1400 mV / V_{LTOD}right) × 9.1 k Omega$ 來(lái)計(jì)算所需的電阻值。此外，也可以通過(guò)寫(xiě)入SMBus寄存器49’h的3:1位來(lái)調(diào)整輸出幅度，但在最終生產(chǎn)中，建議選擇合適的電阻值并將寄存器49’h保持默認(rèn)值。

遠(yuǎn)程感應(yīng)

當(dāng)DS32EL0421或DS32ELX0421串行器直接連接到DS32EL0124或DS32ELX0124解串器時(shí)，可以使用遠(yuǎn)程感應(yīng)功能。但信號(hào)路徑中的有源組件可能會(huì)干擾設(shè)備的反向通道信號(hào)。當(dāng)遠(yuǎn)程感應(yīng)功能啟用時(shí)，解串器會(huì)經(jīng)歷五個(gè)狀態(tài)來(lái)建立鏈路并對(duì)齊數(shù)據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，解串器初始處于低功耗IDLE狀態(tài)，等待輸入信號(hào)。當(dāng)CDR鎖定輸入時(shí)鐘后，進(jìn)入LINK DETECT狀態(tài)，在此狀態(tài)下會(huì)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路并向上游發(fā)送鏈路檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到串行線(xiàn)上有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，進(jìn)入CLOCK ACQUISITION狀態(tài)，嘗試從數(shù)據(jù)中提取時(shí)鐘。成功提取時(shí)鐘后，進(jìn)入LINK ACQUISITION STATE進(jìn)行通道對(duì)齊，最后進(jìn)入NORMAL狀態(tài)。如果無(wú)法鎖定或保持鎖定，解串器會(huì)斷開(kāi)鏈路，使串行器回到IDLE或LINK DETECT狀態(tài)。

DC - 平衡解碼器

芯片內(nèi)置的DC - 平衡解碼器支持AC耦合應(yīng)用。當(dāng)該功能啟用時(shí)，輸出信號(hào)RxOUT4+/-被視為數(shù)據(jù)有效位。如果RxOUT4+/-為低，表示數(shù)據(jù)已使用8b/10b編碼方案成功解碼；如果RxOUT4+/-為高且RxOUT0 - RxOUT3輸出為高，表示接收到無(wú)效的8b/10b代碼，即出現(xiàn)位錯(cuò)誤；如果RxOUT4+/-為高且RxOUT0 - RxOUT3輸出為低，表示接收到空閑字符，默認(rèn)空閑字符為K28.5代碼。如果需要接收其他K代碼，需要通過(guò)SMBus將其編程到解串器中，且SMBus寄存器僅允許編程一個(gè)字符。

解擾器和NRZI解碼器

解串器的CDR期望數(shù)據(jù)在200 μs內(nèi)的轉(zhuǎn)換密度達(dá)到20%。為了提高數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換密度，可以啟用DS32EL0421和DS32ELX0421串行器中的擾碼器和NRZI編碼器。如果解擾器啟用，CDR恢復(fù)數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)DS32EL0421數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定的多項(xiàng)式對(duì)序列化數(shù)據(jù)進(jìn)行解擾。使用擾碼器/解擾器可以通過(guò)擴(kuò)展數(shù)據(jù)頻譜來(lái)降低EMI輻射，同時(shí)為解串器的CDR提供足夠的轉(zhuǎn)換信號(hào)以實(shí)現(xiàn)正確鎖定。擾碼器的啟用或禁用默認(rèn)取決于DC_B和$overline{RS}$引腳的配置。如果需要覆蓋默認(rèn)設(shè)置，需要進(jìn)行兩次寄存器寫(xiě)入操作：首先寫(xiě)入寄存器22’h并將位5設(shè)置為解鎖解擾器寄存器；然后寫(xiě)入寄存器21’h并將位5設(shè)置為所需的值。需要注意的是，NRZI解碼器在寄存器22'h和21'h中有自己的控制位。

CML輸入和輸出接口

CML輸入接口

DS32ELX0124有兩個(gè)輸入接口，可通過(guò)RX_MUX_SEL引腳或內(nèi)部控制寄存器選擇輸入。輸入級(jí)是自偏置的，無(wú)需外部偏置電路，且芯片內(nèi)部集成了輸入終端電阻。該接口支持50mV至Vcc - 50mV的寬共模輸入范圍，適用于接口系統(tǒng)之間沒(méi)有顯著接地電位差的DC耦合應(yīng)用。串行輸入還提供輸入均衡控制，可通過(guò)SMBus接口調(diào)整均衡級(jí)別，以補(bǔ)償介質(zhì)傳輸中的損耗。建議將RxIN0+/-作為主輸入，因?yàn)镽xIN1由于靠近環(huán)路通過(guò)驅(qū)動(dòng)器，在電纜長(zhǎng)度性能方面通常不如RxIN0。在連接RxIN1+/-并使用TxOUT+/-上的環(huán)路通過(guò)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行傳輸時(shí)，需要遵循良好的布局規(guī)范，以避免過(guò)多的串?dāng)_耦合到RxIN1。

CML輸出接口（僅DS32ELX0124）

DS32ELX0124的重定時(shí)環(huán)路通過(guò)串行輸出提供低偏斜的差分信號(hào)。內(nèi)部電阻連接TxOUT+和TxOUT - 到VDD25以終止輸出，輸出電平可以通過(guò)調(diào)整VOD_CTRL引腳的下拉電阻來(lái)設(shè)置，輸出終端電阻也可以編程為50或75歐姆。輸出緩沖器采用電流模式邏輯（CML）驅(qū)動(dòng)器，具有用戶(hù)可配置的去加重控制功能，可通過(guò)SMBus接口進(jìn)行編程。用戶(hù)可以根據(jù)具體的系統(tǒng)環(huán)境調(diào)整去加重的強(qiáng)度，以?xún)?yōu)化在不同傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度和衰減失真情況下的性能，例如在低成本CAT(-5, -6, -7)電纜或FR4背板上的傳輸性能。具體可參考寄存器映射中67'h寄存器的6:5位。

設(shè)備配置

SMBus接口

芯片的系統(tǒng)管理總線(xiàn)（SMBus）接口兼容SMBus 2.0物理層規(guī)范，需要使用芯片選擇信號(hào)。將SMB_CS引腳拉高可啟用SMBus端口，訪(fǎng)問(wèn)配置寄存器；將其拉低則禁用芯片的SMBus，允許主機(jī)與總線(xiàn)上的其他從設(shè)備通信。在STANDBY狀態(tài)下，SMBus仍保持活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)與SMBus上的其他設(shè)備通信時(shí)，解串器的SMB_CS信號(hào)必須拉低。所有DS32EL0124和DS32ELX0124設(shè)備的地址字節(jié)為B0'h，基于SMBus 2.0規(guī)范，其7位從地址為1011000'b，LSB設(shè)置為0'b（用于寫(xiě)入），因此8位值為1011 0000'b或B0'h。SCK和SDA引腳采用3.3V LVCMOS信號(hào)，內(nèi)部包含高阻上拉電阻，根據(jù)SMBus負(fù)載和速度可能需要外部低阻抗上拉電阻。需要注意的是，這些引腳不支持5V信號(hào)。在數(shù)據(jù)傳輸方面，正常操作時(shí)，SCK為高電平時(shí)SDA上的數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定。SMBus有START、STOP和IDLE三種狀態(tài)，芯片支持WRITE和READ兩種事務(wù)，具體的讀寫(xiě)協(xié)議如下：

寫(xiě)寄存器

1. 主機(jī)（Master）將SMBus芯片選擇（SMB_CS）信號(hào)拉高，選擇設(shè)備。
2. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)START條件，發(fā)送7位SMBus地址和“0”表示寫(xiě)入。
3. 設(shè)備（Slave）驅(qū)動(dòng)ACK位（“0”）。
4. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)8位寄存器地址。
5. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)ACK位（“0”）。
6. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)據(jù)字節(jié)。
7. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)ACK位（“0”）。
8. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)STOP條件。
9. 主機(jī)將SMBus CS信號(hào)拉低，取消選擇設(shè)備。

讀寄存器

1. 主機(jī)（Master）將SMBus芯片選擇（SMB_CS）信號(hào)拉高，選擇設(shè)備。
2. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)START條件，發(fā)送7位SMBus地址和“0”表示寫(xiě)入。
3. 設(shè)備（Slave）驅(qū)動(dòng)ACK位（“0”）。
4. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)8位寄存器地址。
5. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)ACK位（“0”）。
6. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)START條件。
7. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)7位SMBus地址和“1”表示讀取。
8. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)ACK位“0”。
9. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)8位數(shù)據(jù)值（寄存器內(nèi)容）。
10. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)NACK位“1”表示讀取傳輸結(jié)束。
11. 主機(jī)驅(qū)動(dòng)STOP條件。
12. 主機(jī)將SMBus CS信號(hào)拉低，取消選擇設(shè)備。

SMBus有多種配置方式，例如當(dāng)解串器是SMBus上唯一的設(shè)備時(shí)，可將SMB_CS引腳拉高；當(dāng)多個(gè)設(shè)備具有相同地址時(shí)，需要使用各自的SMB_CS信號(hào)進(jìn)行選擇；對(duì)于SMBus協(xié)議中地址字段限制為7位可能導(dǎo)致多個(gè)設(shè)備地址相同的情況，芯片不支持地址解析協(xié)議（ARP），可以采用獨(dú)立的SMB_CS信號(hào)、獨(dú)立的SMBus段或其他方法來(lái)解決。

傳播延遲

對(duì)于DS32ELX0124，如果啟用了環(huán)路通過(guò)驅(qū)動(dòng)器，從高速C