LVDS的主要標(biāo)準(zhǔn)，TIA/EIA-644-A，只是規(guī)定了信號(hào)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(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系的互連特性。LVDS標(biāo)準(zhǔn)提供給用戶的僅僅是LVDS信號(hào)的基本兼容規(guī)范，而在高速應(yīng)用中用戶還必須了解在規(guī)定的電纜和傳輸距離條件下所能達(dá)到的性能。

 

本文給出了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果，并分析了MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208解串器在不同數(shù)據(jù)速率、電纜長(zhǎng)度下的誤碼率(BER)指標(biāo)。本文還探討了與鏈路眼圖中的抖動(dòng)相關(guān)的BER。

 

Maxim的MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208 LVDS解串器能夠通過差分特性阻抗為100Ω的串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路高速傳輸數(shù)據(jù)，MAX9205–MAX9206的串行“有效載荷”數(shù)據(jù)速率(含同步碼)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。本文提供了利用非屏蔽電纜(CAT-5E)在不同傳輸距離下的BER和眼圖。 

 

BER測(cè)試是衡量傳輸鏈路可靠性最直接、最準(zhǔn)確的途徑，數(shù)字通信鏈路要求非常低的誤碼率—一千億分之一(BER為10-12)或更低。

 

進(jìn)行BER測(cè)試需要高品質(zhì)的信號(hào)發(fā)生器和特定的測(cè)試設(shè)備，BER測(cè)試需要用數(shù)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間傳輸大量的數(shù)據(jù)以達(dá)到10-12或更低BER的測(cè)試要求，這取決于數(shù)據(jù)的傳輸速率?？紤]到BER測(cè)試比較耗時(shí)，通常用一些快速測(cè)量方式預(yù)測(cè)傳輸鏈路的可靠性，例如設(shè)置產(chǎn)生低BER的抖動(dòng)電平，我們測(cè)試了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208鏈路的抖動(dòng)指標(biāo)(圖3中標(biāo)注為“marginal jitter”，并將其與BER相關(guān)聯(lián)。BER測(cè)試通常用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)表中抖動(dòng)指標(biāo)的最大值。圖1表示用LVDS串行器/解串器建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的配置。

 

 

MAX9205或MAX9207 LVDS串行器發(fā)送LVDS信號(hào)，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)，加入2位同步碼后通過單路LVDS輸出端口發(fā)送串行數(shù)據(jù)。MAX9205的并行數(shù)據(jù)時(shí)鐘范圍為16MHz至40MHz；MAX9207時(shí)鐘范圍為40MHz至60MHz。加入2位同步碼后串行數(shù)據(jù)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2位同步碼)為10 × TCLK。MAX9205/MAX9207和MAX9206/MAX9208功能框圖如圖1所示。

 

圖1. 串行器/解串器功能框圖

 

在電纜測(cè)試裝置(圖2)中，2號(hào)評(píng)估板的串行器和解串器將Agilent 86130A BER測(cè)試儀的串行I/O轉(zhuǎn)換成并行I/O。并行數(shù)據(jù)送入或從1號(hào)電纜測(cè)試評(píng)估板讀出。86130A輸出的串行數(shù)據(jù)序列碼長(zhǎng)1200位，其中1000位取自210-1偽隨機(jī)二進(jìn)制序列(PRBS)，每10位PRBS碼插入01同步碼仿真串行器的添加位。2號(hào)評(píng)估板的解串器移出同步碼、輸出PRBS并行數(shù)據(jù)至1號(hào)評(píng)估板的電纜測(cè)試串行器。串行數(shù)據(jù)序列被連續(xù)重復(fù)發(fā)送，Agilent 81250提供所需要的參考時(shí)鐘(TCLK用于串行器、REFCLK用于解串器)。采用General Cable Inc.生產(chǎn)的以太網(wǎng)電纜5E、AWG24非屏蔽雙絞線(型號(hào)為2133629H)。

 

圖2. 電纜測(cè)試裝置

 

我們分別測(cè)試了電纜長(zhǎng)度為5英尺、15英尺、30英尺、60英尺和100英尺時(shí)的BER，并采用Tektronix TDS784C示波器和Tektronix P6247 1.0GHz差分探測(cè)器測(cè)試了解串器輸入端的眼圖抖動(dòng)特性?？梢哉{(diào)節(jié)81250提供的TCLK串行器參考時(shí)鐘的延遲時(shí)間使其符合數(shù)據(jù)資料中列出的串行器輸入建立時(shí)間和保持時(shí)間的要求。

 

 

測(cè)試中分別采用了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行-解串器對(duì)兒，86310A為MAX9205–MAX9206提供的串行比特率為192Mbps至480Mbps，為MAX9207–MAX9208提供的比特率為480Mbps至720Mbps。

 

為了量化眼圖信號(hào)的完整性，定義兩個(gè)參數(shù)：總計(jì)抖動(dòng)()和臨界抖動(dòng)()，是在差分電壓為0時(shí)測(cè)試的抖動(dòng)時(shí)間寬度(0差分電壓是示波器軌跡的橫軸)，是零差分電壓處的抖動(dòng)中點(diǎn)與300mV峰值差分電壓對(duì)應(yīng)的抖動(dòng)中點(diǎn)之間的時(shí)間間隔(圖3)。人們可能期望解串器-差分輸入在差分電壓為0V點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)換，但是，比較保守的方法是假設(shè)需要額外的差分電壓提供過驅(qū)動(dòng)。對(duì)應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換發(fā)生在0V差分電壓，而則要求在轉(zhuǎn)換解串器輸入電平之前差分信號(hào)需達(dá)到300m。由此可見，用檢測(cè)信號(hào)的完整性更加可靠。(圖3)定義為一比特串行碼的持續(xù)時(shí)間(單位間隔)，單位間隔是參考頻率周期除以12。

 

差分峰值電壓用表示，是測(cè)試點(diǎn)單端電壓的差值幅度的兩倍，或= 2 × l() - ()l。例如，如果在測(cè)試點(diǎn)相對(duì)于地電位得到的高電平是：= 1.35V、= 1.10V；相對(duì)于地電位得到的低電平是：= 1.10V、 = 1.35V，則= 500mV。由于測(cè)試采用了差分探頭(測(cè)試結(jié)果是減去)，眼圖顯示的是的結(jié)果。

 

圖3. 抖動(dòng)參數(shù)定義

 

表1列出了MAX9206/MAX9208解串器數(shù)據(jù)資料中規(guī)定的最大，如果低于或等于表中列出的最大值，解串器能夠確保數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

 

表1. 最大臨界抖動(dòng)

 

測(cè)試過程在兩種條件下進(jìn)行，第一個(gè)測(cè)試條件是：串行測(cè)試模板按照串行-解串器對(duì)兒所允許的最高速率、在不同電纜長(zhǎng)度下運(yùn)行1小時(shí)，測(cè)試、和誤碼數(shù)；第二個(gè)測(cè)試條件是：在最大抖動(dòng)條件下(大于數(shù)據(jù)表中的最大值)，發(fā)送10小時(shí)以上的串行測(cè)試數(shù)據(jù)(發(fā)送碼長(zhǎng)高于位)，測(cè)試、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(zhǎng)度下的測(cè)試結(jié)果。比特率為串行信號(hào)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) × 比特率)。

 

表2. MAX9205–MAX9206的、、和誤碼率(測(cè)量時(shí)間1小時(shí))

 

*、測(cè)量分辨率為10ps，測(cè)量分辨率為2mV。

 

表3. MAX9207–MAX9208的、、和誤碼率(測(cè)量時(shí)間1小時(shí))

 

*、測(cè)量分辨率為10ps，測(cè)量分辨率為2mV。

 

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，圖4給出了經(jīng)過30英尺、60英尺電纜傳輸后，在MAX9208解串器出測(cè)試得到的眼圖。

 

圖4a. 經(jīng)過30英尺電纜傳輸后MAX9207–MAX9208的眼圖 ，數(shù)據(jù)速率720Mbps、= 220ps、= 270ps、 傳輸2.592 1012位。無誤碼，垂直刻度：200mV/Div，水平刻度：500ps/Div。

 

圖4b. 經(jīng)過30英尺電纜傳輸后MAX9207–MAX9208的眼圖 ，數(shù)據(jù)速率720Mbps、 = 320ps、 = N/A、 傳輸2.592 1012 位。

 

為確定解串器在信號(hào)退化的條件下恢復(fù)數(shù)據(jù)的能力(即抖動(dòng)裕量低于數(shù)據(jù)表中的指定參數(shù))，在100英尺電纜下對(duì)兩組串行-解串器進(jìn)行了測(cè)試，串行測(cè)試數(shù)據(jù)被連續(xù)發(fā)送了10小時(shí)以上，表4給出了抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果、電壓峰值、誤碼數(shù)。圖5給出了眼圖。

 

表4. MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208的、、和誤碼率

 

*、測(cè)量分辨率為20ps，測(cè)量分辨率為2mV。

 

圖5a. 經(jīng)過100英尺電纜傳輸后的眼圖，數(shù)據(jù)速率：, 傳輸位。無誤碼，垂直刻度：200mV/Div，水平刻度：1ns/Div。

 

圖5b. 經(jīng)過100英尺電纜傳輸后的眼圖，數(shù)據(jù)速率：, 傳輸位 。無誤碼，垂直刻度：200mV/Div，水平刻度：1ns/Div。

 

所有測(cè)試結(jié)果中都沒有誤碼記錄，以520Mbps的比特率經(jīng)過100英尺電纜傳輸后信號(hào)幅度為110mV，幅度大約為規(guī)定的300m的三分之一，此外，= 1020ps,抖動(dòng)占1923ps單位間隔(= 1/520Mbps)的一半以上。在這些條件下得到的無誤碼測(cè)試結(jié)果為數(shù)據(jù)表中的指標(biāo)(表1)提供了一定的測(cè)試裕量。

 

另外，根據(jù)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(dú)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(yàn)?zāi)Ｐ?，設(shè)發(fā)送比特?cái)?shù)為n，n位序列無誤碼概率可用式1表示：

 

   Eq. 01

 

采用100英尺電纜、無誤碼發(fā)送超過位的數(shù)據(jù)，如果BER的q值低于，則由式1計(jì)算出Pno error為0.0056。由此可知，如果BER為或更高時(shí)，對(duì)于一個(gè)的比特流提供無誤碼傳輸?shù)母怕蕿?.0056。從統(tǒng)計(jì)意義上說，如果無誤碼傳輸一個(gè)位的序列，則BER <這一假設(shè)成立的概率為99.44%。這一結(jié)論是在100英尺的電纜長(zhǎng)度、信號(hào)質(zhì)量較差的條件下得到的，當(dāng)電纜長(zhǎng)度較短、信號(hào)質(zhì)量較高時(shí)可獲得更高的鏈路可靠性。

 

 

本文通過BER測(cè)試驗(yàn)證了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行-解串器利用不同長(zhǎng)度的低成本CAT-5E電纜傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的可靠性。結(jié)果表明即使在信號(hào)退化的情況下，BER低于的可信度仍然高于99%。測(cè)試結(jié)果還表明數(shù)據(jù)表中給出的最大抖動(dòng)限制是比較保守的估計(jì)，足以保證鏈路的高可靠性。由于測(cè)量是在特定條件下進(jìn)行，推薦實(shí)際應(yīng)用中參照表1規(guī)格。所提供的裕量可以補(bǔ)償架構(gòu)、電源電壓、溫度變化產(chǎn)生的影響。 

 

本文來源于Maxim。