LVDS串行-解串器在电缆数据传输中的性能
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2020-12-10
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LVDS串行串行-解串器在电缆数据传输中的性能解串器在电缆数据传输中的性能
利用串行－解串器能够大大减少短距离、宽带数据通信中的连线。类似的应用有电信和网络设备的背板互连、
３Ｇ蜂窝电话基站中机架内部的互连、数字视频接口等。采用电流模式、低电压差分信号（ＬＶＤＳ）的好处
在于易端接、低传输功率和低电磁干扰（ＥＭＩ）。但ＬＶＤＳ的主要标准ＴＩＡ／ＥＩＡ－６４４－Ａ中只
规定了信号电平等物理层参数，而没有给出诸如数据速率与电缆长度对应关系的互连特性。ＬＶＤＳ标准提供
给用户的仅仅是ＬＶＤＳ信号的基本兼容规范，在实际的高速应用中，用户还必须了解在规定的电缆和传输距
离条件下所能达到的性能。Ｍａｘｉｍ公司生产的ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０７ ＬＶＤＳ串行器和ＭＡＸ
９２０６／ＭＡＸ９２０
利用串行－解串器能够大大减少短距离、宽带数据通信中的连线。类似的应用有电信和网络设备的背板互连、３Ｇ蜂窝电
话基站中机架内部的互连、数字视频接口等。采用电流模式、低电压差分信号（ＬＶＤＳ）的好处在于易端接、低传输功率和
低电磁干扰（ＥＭＩ）。但ＬＶＤＳ的主要标准ＴＩＡ／ＥＩＡ－６４４－Ａ中只规定了信号电平等物理层参数，而没有给出
诸如数据速率与电缆长度对应关系的互连特性。ＬＶＤＳ标准提供给用户的仅仅是ＬＶＤＳ信号的基本兼容规范，在实际的高
速应用中，用户还必须了解在规定的电缆和传输距离条件下所能达到的性能。
Ｍａｘｉｍ公司生产的ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０７ ＬＶＤＳ串行器和ＭＡＸ９２０６／ＭＡＸ９２０８ ＬＶＤＳ
解串器能够通过差分特性阻抗为１００Ω的串行点对点链路进行高速数据传输，ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０６的串行“有
效载荷”数据速率（含同步码）为１６０Ｍｂｐｓ～４００Ｍｂｐｓ；ＭＡＸ９２０７／ＭＡＸ９２０８的速率为４００Ｍｂ
ｐｓ～６００Ｍｂｐｓ。该两组芯片引脚兼容，但分别优化在不同的频率范围。下面介绍ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０７
ＬＶＤＳ串行器和ＭＡＸ９２０６／ＭＡＸ９２０８解串器在不同数据速率、电缆长度下的实验室测试结果和误码率（ＢＥ
Ｒ）分析。同时将ＢＥＲ与不同长度的ＣＡＴ－５Ｅ非屏蔽双绞线上的眼图抖动相关联。
１ ＢＥＲ测试１ ＢＥＲ测试
ＢＥＲ测试是衡量传输链路可靠性最直接、最准确的途径。数字通信链路所要求的误码率非常低，通常为千亿分之一（１
０－１２）或更低。
进行ＢＥＲ测试需要高品质的信号发生器和特定的测试设备，通常ＢＥＲ测试需要用数小时甚至几天的时间来传输大量的
数据以达到１０－１２或更低ＢＥＲ的测试要求，这取决于数据的传输速率。考虑到ＢＥＲ测试比较耗时，通常用一些快速测
量方式预测传输链路的可靠性，如设置产生低ＢＥＲ的抖动电平等。实际上，ＢＥＲ测试通常用于验证数据表中抖动指标的最
大值。图１所示是用ＬＶＤＳ串行器／解串器建立点对点链路的配置。
２ 测试装置２ 测试装置
当ＭＡＸ９２０５或ＭＡＸ９２０７ ＬＶＤＳ串行器发送ＬＶＤＳ信号后，串行器将在并行数据时钟（ＴＣＬＫ）的上
升沿锁存１０位并行数据，并在加入２位同步码后通过单路ＬＶＤＳ输出端口发送串行数据。ＭＡＸ９２０５的并行数据时钟
范围为１６～４０ＭＨｚ；ＭＡＸ９２０７的时钟范围为４０～６０ＭＨｚ。加入２位同步码后，串行数据比特率为１２倍
ＴＣＬＫ。“有效载荷”串行数据速率（串行比特率减去２位同步码）为１０倍ＴＣＬＫ。
图图2 电缆测试装置表示将串行电缆测试装置表示将串行I/O转换成并行转换成并行I/O的串行器的串行器/解串器解串器
在图２所示的电缆测试装置中，２号评估板的串行器和解串器可将安捷伦（Ａｇｉｌｅｎｔ）公司的８６１３０Ａ ＢＥＲ测
试仪的串行Ｉ／Ｏ转换成并行Ｉ／Ｏ，然后将并行数据送入或从１号电缆测试评估板读出。８６１３０Ａ输出的串行数据序列
码长为１２００位，其中１０００位取自２ｍ－１伪随机二进制序列（ＰＲＢＳ），每１０位ＰＲＢＳ码插入０１同步码仿真
串行器的添加位。２号评估板的解串器可移出同步码并输出ＰＲＢＳ并行数据至１号评估板的电缆测试串行器。串行数据序列
被连续重复发送，而安捷伦公司的８１２５０则主要用于提供所需要的参考时钟（ＴＣＬＫ用于串行器、ＲＥＦ-ＣＬＫ用于
解串器）。
通过分别测试电缆长度为５英尺、１５英尺、３０英尺、６０英尺和１００英尺（采用Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃａｂｌｅ公司
的５Ｅ类以太网ＡＷＧ２４非屏蔽双绞线，型号为２１３３６２９Ｈ）时的ＢＥＲ，并采用Ｔｅｋｔｒｏｎｉ×ＴＤＳ７８４
Ｃ示波器和Ｔｅｋｔｒｏｎｉ×Ｐ６２４７ １．０ＧＨｚ差分探测器测试解串器输入端的眼图抖动特性，同时调节８１２５０
提供的ＴＣＬＫ串行器参考时钟的延迟时间，可使其符合表中列出的串行器输入建立时间和保持时间的要求。
３ 测试结果３ 测试结果
测试时可分别采用ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０６和ＭＡＸ９２０７／ＭＡＸ９２０８串行－解串器对，８６３１Ａ为
ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０６提供的串行比特率为１９２～４８０Ｍｂｐｓ，为ＭＡＸ９２０７／ＭＡＸ９２０８提供的
比特率为４８０～７２０Ｍｂｐｓ。为了量化眼图信号的完整性，可以定义两个参数：总计抖动（ｔＴＪ）和临界抖动（ｔＭ
Ｊ）。其中ｔＴＪ是在差分电压为０时测试的抖动时间宽度（０差分电压是示波器轨迹的横轴），ｔＭＪ是零差分电压处的抖
动中点与３００ｍＶ峰值差分电压所对应的抖动中点之间的时间间隔（参见图３）。人们可能期望解串器－差分输入在差分电
压为０Ｖ点发生转换，但是，比较保守的方法是用额外的差分电压提供过驱动。实际上，ｔＴＪ对应的电平转换发生在０Ｖ差
分电压，而ｔＭＪ则要求在转换解串器输入电平之前差分信号就应达到３００ｍＶｐ－ｐ。由此可见，用ｔＭＪ检测信号的完
整性更加可靠。在图３中将ｔＵＩ定义为一比特串行码的持续时间（单位间隔），单位间隔是参考频率周期除以１２。
由于差分峰值电压（Ｖｐ－ｐ）是测试点单端电压之差的两倍，因此，在测试点，如果ＶＯＵＴ＋为１．３５Ｖ、ＶＯＵＴ＿
为１．１０Ｖ（相对于地电位，高电平）或ＶＯＵＴ＋为１．１０Ｖ、ＶＯＵＴ为１．３５Ｖ（相对于地电位，低电平状
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