DS90C241和DS90C124：5 - MHz至35 - MHz DC平衡24位FPD - Link II串行器和解串器深度解析

在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性至關(guān)重要。DS90C241和DS90C124作為5 - MHz至35 - MHz DC平衡24位FPD - Link II串行器和解串器，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。今天，我們就來深入探討這兩款芯片的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、芯片特性亮點(diǎn)

（一）數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢(shì)

DS90C241和DS90C124能夠?qū)?4位并行總線轉(zhuǎn)換為帶有嵌入式時(shí)鐘信息的全透明數(shù)據(jù)和控制LVDS串行流。這種單串行流設(shè)計(jì)消除了并行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘路徑之間的偏斜問題，簡(jiǎn)化了通過PCB走線或電纜傳輸24位總線的過程。同時(shí)，它通過縮小數(shù)據(jù)路徑，降低了系統(tǒng)成本，減少了PCB層數(shù)、電纜寬度以及連接器尺寸和引腳數(shù)量。

（二）功能特性豐富

1. DC平衡編碼和解碼：支持AC耦合接口，無需外部編碼，內(nèi)部DC平衡編碼和解碼功能確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
2. 電源控制靈活：發(fā)射器和接收器都有獨(dú)立的電源控制，方便在不同應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。
3. 時(shí)鐘恢復(fù)功能：接收器上的嵌入式時(shí)鐘CDR（時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)）功能，無需外部參考時(shí)鐘源，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
4. 預(yù)加重功能：通過LVDS輸出上的外部電阻，用戶可以自定義預(yù)加重驅(qū)動(dòng)能力，能夠驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)達(dá)10米的屏蔽雙絞線電纜。
5. 時(shí)鐘邊緣可選：發(fā)射器和接收器上的并行數(shù)據(jù)都可以選擇用戶可選的時(shí)鐘邊緣，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

二、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景

（一）汽車領(lǐng)域

在汽車行業(yè)，DS90C241和DS90C124有著廣泛的應(yīng)用，如汽車中央信息顯示屏、汽車儀表盤顯示屏、汽車平視顯示器以及基于遠(yuǎn)程攝像頭的駕駛員輔助系統(tǒng)等。這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性要求極高，而這兩款芯片正好能夠滿足這些需求。

（二）其他領(lǐng)域

其在一些需要長(zhǎng)距離、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)景中也能發(fā)揮重要作用，如工業(yè)控制、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。

三、芯片詳細(xì)描述

（一）工作原理

DS90C241將24位寬的并行LVCMOS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為帶有嵌入式時(shí)鐘的單高速LVDS串行數(shù)據(jù)流，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾或DC平衡處理，以提高信號(hào)質(zhì)量，支持AC耦合。DS90C124則接收LVDS串行數(shù)據(jù)流，將其轉(zhuǎn)換回24位寬的并行數(shù)據(jù)和恢復(fù)的時(shí)鐘。

（二）初始化和鎖定機(jī)制

在數(shù)據(jù)傳輸前，需要對(duì)DS90C241和DS90C124進(jìn)行初始化，即同步串行器和解串器的PLL。串行器鎖定輸入時(shí)鐘源后，解串器再與之同步。解串器能夠在不使用單獨(dú)參考時(shí)鐘源的情況下鎖定數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)插拔和鎖定性能。

（三）數(shù)據(jù)傳輸過程

數(shù)據(jù)通過TCLK輸入時(shí)鐘進(jìn)入串行器，TRFB引腳可選擇TCLK的邊緣來選通數(shù)據(jù)。串行器輸出（DOUT±）驅(qū)動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，同時(shí)會(huì)傳輸CLK1、CLK0、DCA、DCB四個(gè)開銷位。解串器鎖定輸入數(shù)據(jù)流后，會(huì)驅(qū)動(dòng)LOCK引腳為高，并在輸出端提供有效的數(shù)據(jù)和恢復(fù)的時(shí)鐘。

（四）預(yù)加重功能

DS90C241的預(yù)加重功能可補(bǔ)償長(zhǎng)距離或有損傳輸介質(zhì)的影響。通過在LVDS邏輯轉(zhuǎn)換期間增加額外電流，減少電纜負(fù)載效應(yīng)，增加驅(qū)動(dòng)距離，提高信號(hào)完整性。但需要注意的是，預(yù)加重的量應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用的傳輸距離進(jìn)行調(diào)整，過多的預(yù)加重可能會(huì)導(dǎo)致接收器輸入引腳出現(xiàn)過沖或下沖現(xiàn)象。

（五）AC耦合和終端匹配

芯片支持通過集成的DC平衡編碼/解碼方案實(shí)現(xiàn)AC耦合互連。在LVDS信號(hào)路徑中插入外部AC耦合電容器，可實(shí)現(xiàn)串行器和解串器之間的AC耦合連接。解串器輸入級(jí)設(shè)計(jì)為AC耦合，提供了多種終端匹配選項(xiàng)，如使用100Ω電阻、兩個(gè)50Ω電阻以及電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)等，以滿足不同的應(yīng)用需求。

四、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)要求

在典型設(shè)計(jì)應(yīng)用中，SER/DES僅支持通過集成的DC平衡解碼方案實(shí)現(xiàn)AC耦合互連，因此需要在FPD - Link III信號(hào)路徑中串聯(lián)外部AC耦合電容器。

（二）詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

1. 電源設(shè)計(jì)：電路布局和堆疊應(yīng)提供低噪聲電源，使用薄電介質(zhì)（2至4密耳）的電源和接地夾層可提高電源系統(tǒng)性能。外部旁路電容器應(yīng)包括RF陶瓷和鉭電解電容器，且MLCC表面貼裝電容器因其較小的寄生特性而被推薦使用。
2. 布線設(shè)計(jì)：使用至少四層板，有電源和接地層。將LVCMOS信號(hào)與LVDS線路分開，以防止耦合。LVDS互連推薦使用100Ω的緊密耦合差分線，這種設(shè)計(jì)有助于確保耦合噪聲表現(xiàn)為共模，從而被接收器拒絕，同時(shí)減少輻射。
3. 終端匹配：LVDS互連需要進(jìn)行終端匹配，對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用，應(yīng)在設(shè)備兩端放置100Ω的終端電阻，且電阻應(yīng)盡可能靠近發(fā)射器DOUT±輸出和接收器RIN±輸入，以減少終端電阻和設(shè)備之間的殘端。

（三）噪聲裕量和傳輸介質(zhì)

解串器的噪聲裕量是指其能夠容忍的輸入抖動(dòng)（相位噪聲）量，各種環(huán)境和系統(tǒng)因素都會(huì)影響噪聲裕量，如串行器的TCLK抖動(dòng)、VCC噪聲，介質(zhì)的ISI、VCM噪聲以及解串器的VCC噪聲等。芯片可以通過PCB走線或雙絞線電纜進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置，傳輸介質(zhì)需要在發(fā)射器和接收器對(duì)的兩端進(jìn)行終端匹配。

（四）實(shí)時(shí)插入功能

DS90C241和DS90C124支持實(shí)時(shí)插拔應(yīng)用，解串器能夠在實(shí)時(shí)插入事件中自動(dòng)鎖定到活動(dòng)數(shù)據(jù)流，為系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性提供了保障。

五、布局和電源建議

（一）布局準(zhǔn)則

良好的布局設(shè)計(jì)對(duì)于芯片的性能至關(guān)重要。要為L(zhǎng)VDS SERDES設(shè)備提供低噪聲電源，分離高頻或高電平輸入輸出，減少雜散噪聲、反饋和干擾。使用薄電介質(zhì)的電源和接地夾層，外部旁路電容器的選擇和放置也有一定要求。同時(shí)，要注意LVCMOS信號(hào)和LVDS線路的分離，以及LVDS互連的終端匹配。

（二）電源建議

由于芯片采用全CMOS設(shè)計(jì)，本身具有低功耗的特點(diǎn)。LVDS輸出的恒流源特性也有助于減少CMOS設(shè)計(jì)中速度與ICC曲線的斜率，降低功耗。

六、總結(jié)

DS90C241和DS90C124芯片以其出色的數(shù)據(jù)傳輸性能、豐富的功能特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了硬件設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)傳輸解決方案的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮芯片的各種特性和要求，合理進(jìn)行布局和電源設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能為各位電子工程師在使用這兩款芯片時(shí)提供一些有益的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。