串行器-解串器對(duì)可減少高帶寬、短距離數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中的互連布線，例如電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備背板、3G 手機(jī)基站機(jī)架內(nèi)連接和數(shù)字視頻接口。電流模式LVDS信號(hào)提供簡(jiǎn)化的端接、低發(fā)射功率和低EMI。

主要的LVDS標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA-644-A規(guī)定了信號(hào)電平等物理層參數(shù)，但沒有規(guī)定數(shù)據(jù)速率與電纜長(zhǎng)度等互連性能。該標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供了LVDS信令的基本兼容性，但在高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中需要補(bǔ)充有關(guān)給定電纜類型和長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)的性能的信息。

本文介紹了MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208解串器在不同數(shù)據(jù)速率和電纜長(zhǎng)度下的誤碼比（BER）性能的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果和分析。本文還將BER與鏈路眼圖上測(cè)量的抖動(dòng)相關(guān)聯(lián)。

Maxim MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208 LVDS解串器設(shè)計(jì)用于通過(guò)串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路傳輸高速數(shù)據(jù)，具有100Ω差分特性阻抗。MAX160–MAX400對(duì)的串行“有效負(fù)載”數(shù)據(jù)速率（不包括開銷同步位）為9205Mbps至9206Mbps，MAX400–MAX600對(duì)為9207Mbps至9208Mbps。兩者具有相同的引腳排列，但每對(duì)引腳都針對(duì)不同頻率范圍內(nèi)的工作進(jìn)行了優(yōu)化。研究了使用各種長(zhǎng)度的非屏蔽雙絞線CAT-5E電纜的BER和眼圖抖動(dòng)。

為了衡量鏈路的可靠性，誤碼率測(cè)試是最直接和準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字通信鏈路需要非常低的誤差率，大約為千億個(gè)接收比特中的一個(gè)誤差（誤碼率為10-12） 或更少。

但是，要進(jìn)行誤碼率測(cè)試，需要高性能信號(hào)發(fā)生器和專用測(cè)試設(shè)備，并且誤碼率測(cè)試非常耗時(shí)。根據(jù)傳輸速率，傳輸測(cè)試 BER 10 所需的位數(shù)可能需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天-12或更少。由于BER測(cè)試的耗時(shí)性，通常采用更快的措施來(lái)預(yù)測(cè)鏈路可靠性。一種是建立產(chǎn)生低 BER 的抖動(dòng)電平。MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208鏈路的抖動(dòng)（圖3中稱為“邊際抖動(dòng)”）由測(cè)量結(jié)果測(cè)量，并與BER相關(guān)。誤碼率測(cè)試用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)手冊(cè)抖動(dòng)最大值。

測(cè)試設(shè)置

LVDS信號(hào)由MAX9205或MAX9207 LVDS串行器傳輸。串行器在并行數(shù)據(jù)時(shí)鐘（TCLK）的上升沿鎖存10位并行數(shù)據(jù)，添加兩個(gè)開銷同步位，并通過(guò)單個(gè)LVDS輸出發(fā)送串行化數(shù)據(jù)。MAX16的并行數(shù)據(jù)時(shí)鐘范圍為40MHz至9205MHz，MAX40的并行數(shù)據(jù)時(shí)鐘范圍為60MHz至9207MHz。包括兩個(gè)同步位后，串行比特率為12 × TCLK。“有效載荷”串行數(shù)據(jù)速率（串行比特率減去兩個(gè)同步位）為 10 × TCLK。MAX9205/MAX9207和MAX9206/MAX9208的功能模塊如圖1所示。

圖1.序列化器和解串器功能框圖。

在電纜測(cè)試設(shè)置（圖 2）中，二號(hào)評(píng)估板上的串行器和解串器用于將安捷倫 86130A BER 測(cè)試儀的串行 I/O 轉(zhuǎn)換為并行。并行數(shù)據(jù)應(yīng)用于第一號(hào)電纜測(cè)試評(píng)估板并從中讀取。86130A 輸出的串行數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)度為 1200 位，由 1000 的 PRBS 中獲取 2 位生成10-1 并每 01 個(gè) PRBS 位插入“10”同步位。同步位的插入模擬序列化程序?qū)⑻砑拥奈弧６?hào)板上的解串器去除了同步位，并將PRBS數(shù)據(jù)與一號(hào)板上的電纜測(cè)試串行器并行呈現(xiàn)。串行數(shù)據(jù)序列連續(xù)重復(fù)。安捷倫 81250 生成所需的參考時(shí)鐘（串行器的 TCLK 和解串器的 REFCLK）。電纜是以太網(wǎng) 5E 類，AWG24，通用電纜公司制造的非屏蔽雙絞線（部件號(hào) 2133629H）。

圖2.電纜測(cè)試設(shè)置。

誤碼率使用5英尺，15英尺，30英尺，60英尺和100英尺的電纜長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)試。使用泰克 TDS784C 示波器和泰克 P6247 1.0GHz 差分探頭在解串器輸入端測(cè)量眼圖抖動(dòng)。調(diào)整了81250生成的TCLK串行器參考時(shí)鐘的延遲，以滿足數(shù)據(jù)表中列出的串行器輸入設(shè)置和保持時(shí)間要求。

測(cè)量和結(jié)果

分別對(duì)MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對(duì)進(jìn)行測(cè)試。86130A產(chǎn)生的串行比特率對(duì)MAX192–MAX480為9205Mbps–9206Mbps，對(duì)MAX480–MAX720為9207Mbps–9208Mbps。

為了定量眼圖信號(hào)的完整性，定義了兩個(gè)參數(shù)；總抖動(dòng)tTJ和邊緣抖動(dòng)tMJ。tTJ是在零差分電壓下測(cè)量的定時(shí)抖動(dòng)的寬度（零差分壓力是示波器圖中的主要水平柵格）。tMJ是從零差分電壓下的抖動(dòng)中心到300mV峰間差分電壓測(cè)量的時(shí)間（見圖3）。可以粗略地假設(shè)解串器差分輸入在零伏差分下切換，但更保守的是假設(shè)附加的差分電壓以提供所需的過(guò)驅(qū)動(dòng)。tTJ假設(shè)在零伏差分下切換，但tMJ要求差分信號(hào)在被認(rèn)為已經(jīng)切換解串器輸入之前達(dá)到300mVP-P。因此，tMJ是信號(hào)完整性的一個(gè)更保守的度量。tUI（也可參見圖3）定義為串行位的持續(xù)時(shí)間（單位間隔）。單位間隔是參考頻率的周期除以12。

差分峰間電壓表示為VP-P。VP-P是測(cè)量點(diǎn)處單端電壓差值的兩倍，或VP-P例如，在測(cè)量點(diǎn)，如果在高狀態(tài)下VOUT+e1.35V和VOUT-＝1.10V相對(duì)于地，并且在低狀態(tài)下VOUT+e1.10V和VOUT-＝1.35V相對(duì)于地。由于測(cè)量是用差分探針（從VOUT+中減去VOUT-）進(jìn)行的，眼圖顯示了VP-P。

圖3.抖動(dòng)測(cè)量定義。

表 1 顯示了 t 的最大值美杰如MAX9206/MAX9208解串器數(shù)據(jù)資料所示。如果美杰小于或等于列出的最大值。

試在兩種條件下進(jìn)行。在第一種條件下，在以被測(cè)試的串行器-解串器對(duì)所允許的最高數(shù)據(jù)速率對(duì)每個(gè)電纜長(zhǎng)度運(yùn)行串行測(cè)試模式一小時(shí)時(shí)，測(cè)量tTJ和tMJ并計(jì)數(shù)位錯(cuò)誤。在第二種條件下，串行測(cè)試數(shù)據(jù)在高抖動(dòng)條件下傳輸超過(guò)10小時(shí)（傳輸超過(guò)1.73×1013位），從而超過(guò)了tMJ的最大數(shù)據(jù)表值。并且對(duì)比特誤差進(jìn)行計(jì)數(shù)。

表2和表3顯示了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對(duì)的電纜長(zhǎng)度從5英尺到60英尺的測(cè)試結(jié)果。比特率是串行信令速率，數(shù)據(jù)速率是“有效載荷”串行數(shù)據(jù)速率（數(shù)據(jù)速率=（10/12）×比特率）。

表2。MAX9205–MAX9206 tTJ、tMJ、VP-P和位錯(cuò)誤（測(cè)量一小時(shí)）。

作為測(cè)試示例，圖4顯示了MAX9208解串器輸入端30英尺和60英尺電纜后的眼圖。

圖4a。30英尺電纜的MAX9207–MAX9208眼圖。

30英尺，720Mbps，tTJ=220ps，tMJ D270ps，傳輸2.592×1012位。

沒有錯(cuò)誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：500ps/分區(qū)。

圖4b。帶60英尺電纜的MAX9207–MAX9208眼圖。

60英尺，720Mbps，tTJ=320ps，tMJ PoN/A，傳輸2.592×1012位。

沒有錯(cuò)誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：500ps/分區(qū)。

為了演示解串器在信號(hào)下降條件下（即抖動(dòng)裕量小于數(shù)據(jù)表中指定的抖動(dòng)裕量）恢復(fù)數(shù)據(jù)的能力，使用100英尺的電纜對(duì)兩個(gè)串行器-解串器對(duì)進(jìn)行了測(cè)試。串行測(cè)試數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸了10多個(gè)小時(shí)。表4顯示了抖動(dòng)、峰峰值電壓和誤差計(jì)數(shù)的測(cè)量結(jié)果。圖 5 提供了眼圖。

圖5a。100英尺電纜眼圖。

100ft，480Mbps，tTJ=660ps，tMJ 2N/A，傳輸1.73×1013位。

沒有錯(cuò)誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：1ns/分區(qū)。

圖5b。100英尺電纜眼圖。

100ft，520Mbps，tTJ=1020ps，tMJ PoN/A，傳輸1.87×1013位。

沒有錯(cuò)誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：1ns/分區(qū)。

在任何測(cè)試中都沒有記錄任何位錯(cuò)誤。在以520Mbps的比特率鋪設(shè)100英尺電纜后，信號(hào)的振幅為110mV。這大約是為tMJ指定的300mVP-P振幅的三分之一。此外，對(duì)于tTJ E1020ps，超過(guò)一半的1923ps單位間隔（tUI E1/520Mbps）是抖動(dòng)。這些條件下的無(wú)誤差測(cè)試結(jié)果提供了數(shù)據(jù)表規(guī)范（表1）中裕度的測(cè)量值。

此外，基于測(cè)試結(jié)果，可以預(yù)測(cè)BER。假設(shè)串行數(shù)據(jù)序列中任何比特的錯(cuò)誤概率是相同的，并且錯(cuò)誤事件在比特之間是獨(dú)立的。如果BER是q，那么串行數(shù)據(jù)序列可以被建模為具有參數(shù)q的伯努利試驗(yàn)。假設(shè)n是傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，那么n比特序列沒有錯(cuò)誤的概率可以表示為

Pno error = (1 - q)n

在100英尺長(zhǎng)的電纜中，傳輸了超過(guò)1.73×1013的電纜，沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤。如果我們假設(shè)BER值q小于3.01×10-13，則方程01給出的Pno誤差為0.0056。這可以解釋為，如果BER的值為3.0×10-13或更大，則觀測(cè)到的1.73×1013的比特序列不發(fā)生錯(cuò)誤的概率為0.0056。在統(tǒng)計(jì)學(xué)方面，如果1.73×1013比特的序列被無(wú)差錯(cuò)地傳輸，則BER<3.0×10-13的假設(shè)是99.44%的正確性。由于這種置信度是用100英尺的電纜和較差的信號(hào)質(zhì)量獲得的，因此更短的電纜長(zhǎng)度和更好的信號(hào)質(zhì)量將產(chǎn)生鏈路可靠性的更好置信度。

結(jié)論

本文利用誤碼率測(cè)試，研究了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對(duì)在各種長(zhǎng)度的低成本CAT-5E電纜上的可靠性。結(jié)果表明，即使在信號(hào)嚴(yán)重下降的情況下，鏈路誤碼率也小于 3.0 × 10-13置信度超過(guò)99%。結(jié)果還表明，數(shù)據(jù)手冊(cè)的抖動(dòng)最大限值對(duì)于高鏈路可靠性是足夠且保守的。由于測(cè)量是在典型條件下進(jìn)行的，因此建議將表1中的標(biāo)準(zhǔn)用于實(shí)際應(yīng)用。這為補(bǔ)償制造、電源電壓和溫度的變化提供了裕量。

審核編輯：郭婷