摘要：高速串行化数据连接已广泛用于网络、服务器和3G基站中的视频显示、数码相机和背板数据传输。Maxim为串行收发链路开发了各种产品，本应用笔记讨论了典型的串行器和解串器(SerDes)芯片组(MAX9247和MAX9218)在不同的电缆类型、电缆长度和数据速率下的性能。所得结论可以作为高速串行数据互连的应用指南。
概述
Maxim的高速串行器、解串器(SerDes)产品已经应用于汽车、网络、服务器和3G基站中的视频、图像和数据传输。MAX9247串行器与MAX9218解串器构成一对儿典型的具有嵌入式时钟的单通道LVDS链路。该链路的最高串行数据速率可达800Mbps。
本应用笔记讨论了该数据收发链路在不同电缆类型、电缆长度和数据速率情况下的的性能以及采用Maxim专有的预加重技术和线路均衡技术所带来的性能改善。同时为了满足汽车应用中恶劣环境的要求，该串行器/解串器(SerDes)芯片组在-40°到+105°C温度范围内进行了测试。
测试装置
测试装置包括一台Agilent ParBERT 81250测试仪，TDS784C 1GHz数字示波器，TEK P6247差分探针和MAX9217/MAX9218评估板，Agilent 81250是并行误码率测试仪(BERT)。这些器件的连接方式如下图所示(图1)。
图1. MAX9247和MAX9218的性能测试装置
MAX9247有27位并行数据输入，其中18位是RGB视频数据输入，9位是控制输入。LVDS串行链路的数据速率为并行数据速率的20倍，包括2个附加位。Agilent 81250的前9个输出通道连接至前9个RGB输入端(RGB_IN0到RGB_IN8)。前9个通道的反向输出连接到剩余的9个RGB输入端(RGB_IN9到RGB_IN17)，误码率测试仪(BERT)只检测RGB数据。ParBERT的每一个输出通道的数据序列是独立产生的、在21492长度内无重复的伪随机序列比特流，RGB数据序列的长度是1370位。在1370位之后加一个20位的时间间隔作为控制周期。所有的控制位(CNTL_IN0到CNTL_IN8)通常被设置为0。图2所示为数据结构。这个1390位的并行数据格式在测试中重复出现，信号DE_IN交替改变RGB数据周期和控制周期。
图2. 测试数据的序列结构
测试条件和测量结果
我们测试了3对儿双绞电缆，如下表所示。
表1. 测试的电缆类型 ManufacturerPart NumberLength(M)CommentsNISSEISIODIC F-2WME, AWG2610, 20, 30ShieldedSIODIC F-2WME, AWG2810, 20, 30General CableCAT5E, AWG2410, 20, 30UnshieldedJAEMX3820Shielded
为了测试串行器/解串器(SerDes)芯片组的性能和电缆长度与数据速率的关系，我们观察了不同电缆长度的误码率(BER)，并记录了10分钟之内无误码时的最高并行数据速率。数据速率的增量是1Mbps。我们用这种方法测量性能主要基于LVDS SerDes收发器的两方面考虑：第一，如果10分钟内没有误码的话，那就很有可能在几个小时内也不会出现误码；第二，即使在速率非常低的情况下也能在十分钟内观察到误码的话，那么微小的数据速率增量(<0.5Mbps)也将造成解串器上的DE_OUT信号失锁。因此，我们的方法是考虑了测试时间和测试可靠性的一个合理的折衷方案。所以，我们可以假设，在某一特定数据速率下，若十分钟内没有误码发生，那么链路的误码率(BER)小于10-10或10-11。根据统计，我们可以用式1计算这个假设的置信度：
其中，N是在观察周期内(例如10分钟)通过串行链路传输的比特数，p是假设的误码率(BER)。表2所示是对不同数据速率的置信度。
表2. 10分钟内观察到的置信度和数据速率的关系 Parallel Data Rate(Mbps)Number, N, of Bits
Transmitted by the
Serial Link in Ten MinutesConfidence Level of pBER < 10-10BER < 10-111012 x 1010> 99.999%69.88%2024 x 1010> 99.999%90.92%3036 x 1010> 99.999%97.27%4048 x 1010> 99.999%99.18%
测试结果
表3所示是在不同的电缆类型、电缆长度和数据速率，以及预加重功能和LVDS均衡器使能或禁止情况下得到的性能。预加重功能集成在MAX9247内，将评估板上跳线JP15设置为高电平即可将其使能。专有的LVDS均衡器放置在MAX9247的LVDS输出端，如图1所示。欲知均衡器的实现细节，请联系Maxim的应用技术支持。表3中的所有数据都是在室温下测试得到的。30m NISSEI AWG26电缆在扩展级温度范围内的测试结果如表4所示。
表3. 在不同条件下测试所得的SerDes收发器的可靠数据速率 Cable TypePre-EmphasisLVDS Link EqualizerMaximum Reliable Serial Data Rate (SDR)Cable Length10m20m30mPCLK (MHz)SDR (Mbps)PCLK (MHz)SDR (Mbps)PCLK (MHz)SDR (Mbps)NISSEI AWG26OffOff346122545015270OnOff407202748617306OffOn386843461230540OnOn437743970235630NISSEI AWG28OffOff33594162888144OnOff366482341410180OffOn356303359423414OnOn417383766628504General Cable CAT5eOffOff386842646816288OnOff427562850418324OffOn386843563032576OnOn447924275636648JAE MX38OffOff 16288 OnOff 24432 OffOn 35630 OnOn 40720
表4. 在扩展级温度范围内测得的SerDes收发器的可靠数据速率(*) Cable TypeMaximum Reliable Serial Data Rate (SDR)Temperature-40°C25°C105°CPCLK (MHz)SDR (Mbps)PCLK (MHz)SDR (Mbps)PCLK (MHz)SDR (Mbps)NISSEI AGW26, 30m366483563031558
*注：在这个测试中，预加重功能和LVDS均衡器都为使能状态。
下面的眼图是在解串器的LVDS输入端口记录下来的。这些图形显示了解串器对失真符号的数据恢复能力。我们同样可以在眼图中看出LVDS链路均衡器对信号的显著改善。
图3. NISSEI AWG26电缆，20m长，速率为702Mbps，启用预加重功能和均衡器
图4. NISSEI AWG26电缆，30m长，速率为630Mbps，启用预加重功能和均衡器
图5. NISSEI AWG26电缆，30m长，速率为306Mbps，启用预加重功能
图6. NISSEI AWG26电缆，30m长，速率为306Mbps，启用预加重功能和均衡器
总结
由表3和表4所示结果，我们可以得出以下结论：
- 虽然CAT5E非屏蔽电缆的性能比其它两种类型的电缆好，但是它在应用中会有电磁干扰(EMI)的问题。
- 预加重和LVDS均衡有助于改善链路性能。预加重可为短程电缆提供更大的幅度提升，而均衡器对长电缆的改善更有效。对于30m的电缆，均衡器可以使其数据传输速率翻倍。
- 在扩展级温度范围内的性能差异相对很小。
- 电缆的线规会制约性能。推荐使用优于AWG28的电缆。
参考文献
- Maxim的高速互连设计指南
- MAX9247数据资料
- MAX9218数据资料
本文关键字：芯片组 电工文摘，电工技术 - 电工文摘
