MAX9205／MAX9206 LVDS串行器-解串器在高速傳輸中的應用
出處：NE5532 發(fā)布于：2007-12-28 13:45:23
本文主要介紹MAX9205／MAX9207 LVDS串行器和MAX9206／MAX9208 LVDS解串器在雙絞線電纜數(shù)據(jù)高速傳輸中的性能與應用。
眾所周知，利用串行解串器能夠大大減少短距離、寬帶數(shù)據(jù)通信中的連線，其應用有電信和網(wǎng)絡設備的背扳互連、3G蜂窩電話基站中機架內(nèi)的互連，數(shù)字視頻接口等各個方面.
用電流模式、低電壓差分信號(LVDS)的優(yōu)點在于易連接與低傳輸功率及低電磁干擾(EMl).而LVDS的主要標準:TIA(遠程通訊工業(yè)協(xié)會)／EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會)—644A，只是規(guī)定了信號電平等物理層參數(shù)，沒有給出諸如數(shù)據(jù)速率與電纜長度對應關系的互連特性。而LVDS標準提供給用戶的僅僅是LVDS信號的基本兼容性，而在高速應用中用戶還必須了解在特定的電纜和傳輸距離條件下所能達到的性能。
Maxim的MAX9205／MAX9207 LVDS串行器和MAX9206／MAX9208 LVDS解串器能通過差分特性阻抗為100Ω串行點對點鏈路高速傳輸數(shù)據(jù)。MAX9205／MAX9206串行“有效載荷”數(shù)據(jù)速率(不包含同步位開銷)為160Mbps至400Mbps，MAX9207／MAX9208速率為400Mbps至600Mbps。兩組芯片引腳兼容，但分別優(yōu)化在不同的頻率范圍。
為此，本文提供了MAX9205／MAX9207 LVDS串行器和MAX9206／MAX9208解串器在不同數(shù)據(jù)速率，電纜長度下的測試方案結果和誤碼率(BER)分析.還將BER與抖動測試相結合，提供了利用CAT-5E非屏蔽雙紋線傳輸數(shù)據(jù)及在不同電纜長度時得到的眼圖。從而使系統(tǒng)設者獲得一個對于Maxim的MAX9205／MAX9207 LVDS串行器和MAX9206／MAX9208 LVDS解串器集成器件及其應用更好的理解。
由于涉及抖動指標，為此應對抖動定義作一說明：抖動(jitter)又稱定時抖動，定義為數(shù)字信號在特定時刻相對于其理想時間位置的短時間的、非累積性的偏離。
誤碼率(BER)測試
BER測試是衡量傳輸鏈路可靠性直接、準確的途徑。數(shù)字通信鏈路要求非常低的誤碼率，其數(shù)量級大約在每一千億個接收位出一個錯誤(BER為10-12)或更低。
進行BER測試需要高品質的信號發(fā)生器和特定的測試設備。BER測試需要用數(shù)小時甚至幾天的時間傳輸大量的數(shù)據(jù)以達到10-12或更低BER的測試要求，這取決于數(shù)據(jù)的傳輸速率.考慮到BER測試比較耗時間，通常用一些快速測量方式預測傳輸鏈路的可靠性，例如建立一個產(chǎn)生低BER的抖動水平。為此可測試MAX9205／MAX9206和MAX9207／AX9208鏈路的抖動指標，并將其與BER相關聯(lián)，而BER測試通常用于驗證數(shù)據(jù)表中抖動指標的值。
測試裝置組成
MAX9205或MAX9207 LVDS串行器發(fā)送LVDS信號。串行器在并行數(shù)據(jù)時鐘(TCLK)的上升沿鎖存10位并行數(shù)據(jù)，加入2位同步碼后通過單路LVDS輸出端口(OUT+ OUT-)發(fā)送串行數(shù)據(jù)。MAX9205的并行數(shù)據(jù)時鐘范圍為16MHz至40MHz；MAX9207時鐘范圍為40MHz至60MHz。加入2位同步碼后串行數(shù)據(jù)波特率為12×TCLK(并行數(shù)據(jù)時鐘)?！坝行лd荷”串行數(shù)據(jù)速率(串行位率減去2個同步位)為10×TCLK(并行數(shù)據(jù)時鐘)。
號評估板的串行器和解串器將安捷倫(Agilent)86130ABER(誤碼率)測試儀的串行I／O轉換成并行I／O，并行數(shù)據(jù)被送人測試評估板1并從中讀出，86130A輸出的串行數(shù)據(jù)序列碼長1200位，其中1000位取自210-1偽隨機二進制序列(PRBS)，每10位PRBS碼插入01同步碼。插入01同步位是為了模擬串行器添加的位。2號評估板的解串器移出同步碼，以并行方式輸出PRBS數(shù)據(jù)至1號評估板的電纜測試串行器。串行數(shù)據(jù)序列被連續(xù)重復發(fā)送。安捷倫81250提供所需要的參考時鐘(TCLK用于串行器、基準時鐘-REFCLK用于解串器)。
值此，分別測試電纜長度為5英尺、15英尺、30英尺、60英尺和100英尺(采用5E類以太網(wǎng)線，AWG2，非屏蔽雙紋線由General Cable公司制造，型號為2133629H)時的BER，并采用Tektronix 公司的TDS784C示波器和Tektronix公司的P6247型1.0GHz差分探測器測試了解串器輸入端的眼圖抖動特性。調(diào)節(jié)81250時鐘發(fā)生器提供的TCLK串行器參考時鐘的延遲時間使其符合數(shù)據(jù)表中列出的串行器輸入建立和保持時間要求。
測試與結果
測試中分別采用了MAX9205／MAX9206和MAX9207／MAX9208串行-解串器對。86310A為MAX9205／MAX9206提供的串行波特率為192Mbps至480Mbps，為MAX9207／MAX9208提供的波特率為480Mbvs至720Mbps。
為了量化眼圖信號的完整性，定義兩個參數(shù)：總抖動(tTJ)和邊緣抖動(tMj)，tTJ是在零差分電壓下測試的定時抖動寬度(零差分電壓是示波器軌跡的橫軸)。tMj是零差分電壓對應的抖動中點與300mV峰到峰差分電壓對應的抖動中點之間的時間間隔(見圖3)。人們可能期望解串器差分輸入在零差分電壓點發(fā)生轉換，但是，比較保守的方法是假設需要額外的差分電壓提供過驅動。tTJ對應的電平轉換發(fā)生在0V差分電壓，而tMj則要求在轉換解串器輸入電平之前差分信號需達到300mVp-p由此可見，用tMj檢測信號的完整性更加保守。tUI(見圖3)定義為一比特串行碼的持續(xù)時間(單位間隔)。單位間隔是參考頻率周期除以12。
差分峰到峰電壓(VP-P)是測試點單端電壓之差的兩倍，或VP-P =2×|(VOUT+)—(VOUT-)|.例如，在測試點，如果VOUT+=1.35V、VOUT-=1.10V(相對于地為高)及VOUT+=1.10V、VOUT-=1.35V(相對于地為低)。則VP-P=500mV。由于采用差分探測器進行測試，它取VOUT+與VOUT-的差值，眼圖(圖3)中表現(xiàn)為VP-P。
表1列出TMAX9206／MAX9208解串器數(shù)據(jù)表中規(guī)定的tMj.如果tMj低于或等于表中列出的值，解串器能夠確保數(shù)據(jù)的恢復。
測試過程可在兩種條件下進行。種測試條件，串行測試序列按照串行-解串器所允許的速率，在不同電纜長度下運行1小時，測試tTJ、tMj和誤碼數(shù)。第二種測試條件，在高抖動條件下(大于數(shù)據(jù)表中tMj的值)，發(fā)送10小時以上的串行測試數(shù)據(jù)(發(fā)送碼長高于1.73×1013位)，測試tTJ、tMj和誤碼數(shù)。
表2、表3分別為MAX9205／MAX9206和MAX9207／MAX9208串行-解串器在5英尺至60英尺電纜長度下的測試結果。波特率為串行信號速率，數(shù)據(jù)速率為“有效載荷”串行數(shù)據(jù)速率(數(shù)據(jù)速率：(10／12)×波特率)。
為展示解串器在信號退化(衰減)的條件下恢復數(shù)據(jù)的能力(即抖動裕量低于數(shù)據(jù)表中的指定參數(shù))，在100英尺電纜下對兩組串行—解串器進行了測試，串行測試數(shù)據(jù)被連續(xù)發(fā)送了10小時以上，表4給出了抖動測試結果、電壓峰值、誤碼數(shù)。
所有測試結果中都沒有誤碼記錄，以520Mbps的波特率經(jīng)過100英尺電纜傳輸后信號幅度為110mV，幅度大約為tMj規(guī)定的300mVp-p的三分之一。此外，tTJ=1020ps，抖動占1923ps單位間隔(tuI=1／520Mbps)的一半以上。在這些條件下得到的無誤碼測試結果為數(shù)據(jù)表中的指標(表1)提供了一定的測試裕量。
另外，根據(jù)測試試結果，可以預測BER。假設串行數(shù)據(jù)序列中任何一位發(fā)生誤碼的概率相同，而且各位發(fā)生誤碼事件是獨立的。如果BER為q，則串行數(shù)據(jù)序列可以看作參數(shù)為q的Bernoulli試驗。設發(fā)送比特數(shù)為n，n位序列無誤碼概率可用方程1表示:
P no error=(1-q)n (方程1)
采用100英尺電纜，無誤碼發(fā)送超過1.73×10-13位的數(shù)據(jù)。如果BER的q值低于3.0 ×10-13，則由方程1計算出Pno error為0.0056。這可表述為，如果BER為3.0×10-13或更高，對于1.73×10-13的比特流提供無誤碼傳輸?shù)母怕蕿?.0056。從統(tǒng)計意義上說，如果無誤碼傳輸一個1.73×10-13位的序列，則BER<3.0×10-13這一假設成立的概率為99.44％。由于該可信度量在100英尺的電纜長度、信號質量較差的條件下得到的，當電纜長度較短、信號質量較高時無疑會獲得更高的鏈路可靠性。
結論
本文通過BER方案測試，驗證了MAX9205／MAX9206和MAX9207/MAX9208串行-解串器利用不同長度的低成本CAT-5E電纜傳輸數(shù)據(jù)時的可靠性。結果表明即使在信號退化的情況下，BER低于3.0×10-13的可信度仍然高于99％。測試結果還表明數(shù)據(jù)表中給出的抖動限制是比較保守的估計，足以保證鏈路的高可靠性。由于測試在典型條件下實施，建議在實際應用中采用表1中的標準。這樣為補償因裝配、電源電壓和溫度等引入的變化提供了余量。
關鍵詞：MAX9205／MAX9206 LVDS串行器-解串器在高速傳輸中的應用MAX9205MAX9207MAX9208MAX9206
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