探秘SCAN921025H和SCAN921226H：高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐胫x

在電子工程師的日常工作中，高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸一直是追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）的SCAN921025H和SCAN921226H這對高性能的10位串行器和解串器芯片組，看看它們?nèi)绾卧诟鞣N應(yīng)用場景中大放異彩。

文件下載：scan921025h.pdf

產(chǎn)品概述

SCAN921025H和SCAN921226H專為在20 - 80 MHz的時鐘速度下通過差分背板傳輸數(shù)據(jù)而設(shè)計，同時也能驅(qū)動非屏蔽雙絞線（UTP）電纜。這對芯片組具有高溫工作能力，可在高達(dá)125°C的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，非常適合汽車、工業(yè)以及軍事/航空航天等對可靠性要求極高的應(yīng)用場景。

功能特性亮點(diǎn)

1. 高溫穩(wěn)定性：能夠在125°C的高溫環(huán)境下正常工作，這使得它在一些惡劣的工業(yè)和汽車環(huán)境中也能可靠運(yùn)行。
2. 測試模式豐富：符合IEEE 1149.1（JTAG）標(biāo)準(zhǔn)，支持邊界掃描測試，同時具備全速內(nèi)置自測試（BIST）模式，方便工程師對串行器和解串器之間的互連進(jìn)行高速驗(yàn)證。
3. 時鐘恢復(fù)能力：PLL能夠從隨機(jī)數(shù)據(jù)模式中恢復(fù)時鐘，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
4. 低功耗設(shè)計：芯片組（Tx + Rx）在80 MHz時鐘頻率下的功耗小于600 mW（典型值），有效降低了系統(tǒng)的整體功耗。
5. 單差分對設(shè)計：采用單差分對數(shù)據(jù)路徑，簡化了PCB設(shè)計，減少了電纜、PCB走線數(shù)量和連接器尺寸，從而降低了成本，同時消除了時鐘與數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的偏斜。
6. 高速數(shù)據(jù)傳輸：串行總線LVDS數(shù)據(jù)速率可達(dá)800 Mbps（在80 MHz時鐘頻率下），滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/li>

工作模式詳解

初始化

在數(shù)據(jù)傳輸開始之前，必須對串行器和解串器進(jìn)行初始化。這主要包括將兩者的PLL同步到本地時鐘，然后再將解串器同步到串行器。具體步驟如下：

1. 當(dāng)給串行器和解串器施加 $V{CC}$ 時，相應(yīng)的輸出進(jìn)入三態(tài)，片上上電電路會禁用內(nèi)部電路。當(dāng) $V{CC}$ 達(dá)到 $V_{CC} OK$（2.5V）時，每個設(shè)備中的PLL開始鎖定本地時鐘。
2. 串行器的PLL鎖定到發(fā)送時鐘（TCLK）后，就可以根據(jù)SYNC1和SYNC2輸入的電平發(fā)送數(shù)據(jù)或同步模式。同步模式由六個1和六個0組成，以輸入時鐘速率切換。
3. 解串器的PLL必須同步到串行器才能完成初始化。發(fā)送同步模式可以使解串器在指定時間內(nèi)鎖定到串行器信號。

數(shù)據(jù)傳輸

初始化完成后，串行器會從輸入DIN0 - DIN9接收數(shù)據(jù)，并使用TCLK輸入鎖存數(shù)據(jù)。根據(jù)TCLK_R/F引腳的選擇，確定使用哪個時鐘邊沿來選通數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位會在內(nèi)部添加起始位和停止位進(jìn)行幀封裝，然后以12倍TCLK頻率從串行數(shù)據(jù)輸出（DO±）發(fā)送序列化的數(shù)據(jù)和時鐘位。

重新同步

如果解串器失去鎖定，LOCK引腳輸出將變?yōu)楦唠娖?，輸出（包括RCLK）將進(jìn)入三態(tài)。用戶系統(tǒng)可以通過監(jiān)控LOCK引腳來檢測同步丟失，并通過脈沖串行器的SYNC1或SYNC2引腳來重新同步。

隨機(jī)鎖定初始化和重新同步

SCAN921226H可以在不需要串行器發(fā)送特殊同步模式的情況下鎖定到數(shù)據(jù)流，這使得它可以在“開環(huán)”應(yīng)用中工作，并且支持熱插入到正在運(yùn)行的背板中。不過，由于數(shù)據(jù)模式的不同，鎖定時間會有所變化。

掉電模式

當(dāng)不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，可以使用掉電模式來降低功耗。將PWRDN引腳驅(qū)動為低電平，串行器和解串器的PLL將停止工作，輸出進(jìn)入三態(tài)。

三態(tài)模式

通過將DEN引腳驅(qū)動為低電平，串行器的輸出引腳將進(jìn)入三態(tài)；將REN引腳驅(qū)動為低電平，解串器的輸出引腳將進(jìn)入三態(tài)。

測試模式

除了IEEE 1149.1對數(shù)字TTL引腳的測試訪問外，SCAN921025H和SCAN921226H還提供了兩種測試LVDS互連的指令：EXTEST和RUNBIST。EXTEST用于簡單的通過/不通過測試，RUNBIST則是一種“系統(tǒng)速度”的互連測試。

電氣特性與參數(shù)

絕對最大額定值

了解芯片的絕對最大額定值對于確保其安全運(yùn)行至關(guān)重要。SCAN921025H和SCAN921226H的絕對最大額定值包括電源電壓、輸入輸出電壓、結(jié)溫、存儲溫度等。例如，電源電壓（Vcc）的范圍為 -0.3V至 +4V，結(jié)溫最高可達(dá) +150°C。

推薦工作條件

在實(shí)際設(shè)計中，應(yīng)遵循推薦的工作條件，以確保芯片的性能和可靠性。推薦的電源電壓（Vcc）為3.0 - 3.6V，工作環(huán)境溫度范圍為 -40°C至 +125°C。

電氣特性參數(shù)

文檔中詳細(xì)列出了串行器和解串器的各種電氣特性參數(shù)，包括LVCMOS/LVTTL輸入輸出電壓、電流、Bus LVDS輸出電壓、差分電壓不平衡等。這些參數(shù)對于電路設(shè)計和性能評估非常重要。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

電源考慮

芯片采用全CMOS設(shè)計，本身具有低功耗的特性。Bus LVDS輸出的恒流源特性可以最小化速度與 $ICC$ 曲線的斜率，進(jìn)一步降低功耗。

解串器上電

SCAN921226H可以在任何時候按照正確的順序上電。REFCLK輸入必須在解串器上電前運(yùn)行，并且在解串器檢測到輸入數(shù)據(jù)傳輸并鎖定到數(shù)據(jù)流之前，輸出將保持在三態(tài)。

數(shù)據(jù)傳輸

串行器和解串器上電后，必須進(jìn)行相位鎖定才能傳輸數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^發(fā)送同步模式或讓解串器的“隨機(jī)鎖定”電路自動鎖定到數(shù)據(jù)流來實(shí)現(xiàn)相位鎖定。

噪聲容限

解串器的噪聲容限是指它能夠容忍的輸入抖動（相位噪聲）量，各種環(huán)境和系統(tǒng)因素都會影響噪聲容限，包括串行器的TCLK抖動、$V{CC}$ 噪聲、傳輸介質(zhì)的ISI和 $V{CM}$ 偏移以及解串器的 $V_{CC}$ 噪聲等。

鎖定丟失恢復(fù)

如果解串器在數(shù)據(jù)傳輸過程中失去鎖定，由于鎖定檢測電路的延遲，最多可能有3個數(shù)據(jù)周期無效。解串器可以通過讓串行器重新發(fā)送同步模式或隨機(jī)鎖定來重新鎖定到數(shù)據(jù)流。

熱插拔

所有BLVDS設(shè)備都支持熱插拔，但在插入和移除時需要遵循一定的順序，以確保設(shè)備的安全。

PCB設(shè)計

為了確保信號完整性，Bus LVDS串行器和解串器應(yīng)盡可能靠近邊緣連接器放置，減少解串器到插槽連接器的距離，以降低總線阻抗和負(fù)載。

傳輸介質(zhì)

芯片組可以用于背板、PCB走線或雙絞線電纜的點(diǎn)對點(diǎn)配置。在點(diǎn)對點(diǎn)配置中，傳輸介質(zhì)只需在接收器端進(jìn)行端接，同時需要考慮串行器和解串器的接地電平偏移問題。

故障安全偏置

SCAN921226H具有更高的輸入閾值靈敏度，但在接收器輸入未被主動驅(qū)動時，可能會拾取噪聲導(dǎo)致意外鎖定。可以通過在接收器電路板上添加外部電阻來防止噪聲拾取。

總結(jié)

SCAN921025H和SCAN921226H芯片組憑借其豐富的功能特性、可靠的性能和低功耗設(shè)計，為電子工程師在高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中提供了一個理想的解決方案。在實(shí)際設(shè)計過程中，我們需要充分了解其工作模式、電氣特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地使用這對芯片組，在項(xiàng)目中取得更好的成果。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。