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LVDS串行-解串器在电缆数据传输中的性能
LVDS串行-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／ＭＡＸ９２ ０６的串行“有效载荷”数据速率（含同步码）为１６０Ｍｂｐｓ～４００Ｍｂｐ ｓ；
ＭＡＸ９２０７／ＭＡＸ９２０８的速率为４００Ｍｂｐｓ～６００Ｍｂｐ ｓ。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ＭＡＸ９２ ０５／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（ＢＥＲ）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 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（１０－１２）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 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４０～６ ０ＭＨｚ。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2 电缆测试装置表示将串行I/O转换成并行I/O的串行器/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１０ ０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× ＴＤＳ７８４Ｃ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 测试时可分别采用ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０６和ＭＡＸ９２０７ ／ＭＡＸ９２０８串行－解串器对，８６３１Ａ为 ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９ ２０６提供的串行比特率为１９２～４８０Ｍｂｐｓ，为ＭＡＸ９２０７／ＭＡ Ｘ９２０８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（ｔＭＪ）。其中ｔＴ Ｊ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， 低电平状态），则Ｖｐ－ｐ为５００ｍＶ。由于采用差分探测器进行测试，它取 ＶＯＵＴ＋与ＶＯＵＴ＿的差值，眼图中表现为Ｖｐ－ｐ。
表１列出了ＭＡＸ９２０６／ＭＡＸ９２０８解串器数据表中规定的最 大ｔＭＪ，如果ｔＭＪ低于或等于表中列出的最大值，解串器即能确保数据的恢 复。测试过程可在两种条件下进行，第一是使串行测试模板按照串行－解串器对 所允许的最高速率在不同电缆长度下运行１小时，然后测试ｔＴＪ、ｔＭＪ和误 码数；
第二是在最大抖动条件下（大于数据表中ｔＭＪ的最大值）发送１０小时 以上的串行测试数据（发送码长高于１．７３×１０１３位），然后测试ｔＴＪ、 ｔＭＪ和误码数。
表２、表３分别给出了ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０和ＭＡＸ９２０７ ／ＭＡＸ９２０８串行－解串器在５英尺至６０英尺电缆长度下的测试结果。表 中的比特率为串行信号速率，数据速率为“有效载荷”串行数据速率（数据速率＝ （１０／１２）×比特率）。
表1 MAX9206/MAX9208最大临界抖动 表2 MAX9205/MAX9206的tTJ、tMJ、Vp-p和误码率（测量时间1小时） *tTJ、tMJ测量分辨率为10ps，Vp-p测量分辨率为2mV 表3 MAX9207/MAX9208的tTJ、tMJ、Vp-p和误码率（测量时间1小时） *tTJ、tMJ测量分辨率为10ps，Vp-p测量分辨率为2mV表4 MAX9205/MAX9206和MAX9207/MAX9208的tTJ、tMJ、Vp-p和误码率 *tTJ、tMJ测量分辨率为20ps，Vp-p测量分辨率为2mV 为了描述解串器在信号退化条件下恢复数据的能力（即抖动裕量低于数据表 中的指定参数），ＭＡＸ-ＩＭ公司在１００英尺电缆下对两组串行／解串器进 行了测试，并将该测试数据连续发送１０小时以上，表４给出了抖动测试结果、 电压峰值和误码数。
测试发现：所有测试结果中都没有误码记录。以５２０Ｍｂｐｓ的比特率 经过１００英尺电缆传输后，信号幅度为１１０ｍＶ，幅度大约为ｔＭＪ规定的 ３００ｍＶｐ－ｐ的三分之一。此外，ｔＴＪ为１０２０ｐｓ 抖动占１９２３ ｐｓ单位间隔（ｔＵＩ＝１／５２０Ｍｂｐｓ）的一半以上。可见，在此条件下 得到的无误码测试结果为数据表１中的指标提供了一定的测试裕量。
另外，根据测试结果也可预测ＢＥＲ。假设串行数据序列中任何一位发生 误码的概率相同，而且各位发生误码事件是独立的。如果设ＢＥＲ为ｑ，而串行 数据序列可看作参数为ｑ的Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ试验模型，则发送比特数ｎ时的 ｎ位序列无误码概率公式如下：
Ｐｎｏｅｒｒｏｒ＝（１－ｑ）ｎ 这样，若采用１００英尺电缆来无误码发送超过１．７３×１０１３位的 数据，则在ＢＥＲ的ｑ值低于３．０ ×１０－１３时，由上式计算出的Ｐｎｏｅ ｒｒｏｒ为０．００５６。由此可知，当ＢＥＲ为３．０×１０－１３ 或更高时， 对于一个１．７３×１０１３ 的比特流提供无误码传输的概率为０．００５６。
从统计意义上说，如果无误码传输一个１．７３×１０１３ 位的序列，则ＢＥＲ ＜３．０×１０－１３ ，这一假设成立的概率为９９．４４％。
这一结论是在１００英尺的电缆长度、信号质量较差的条件下得到的。当 电缆长度较短、信号质量较高时，还可获得更高的链路可靠性。
４ 结论 本文通过ＢＥＲ测试验证了ＭＡＸ９２０５／ＭＡＸ９２０６和ＭＡＸ ９２０７／ＭＡＸ９２０８串行－解串器利用不同长度的低成本ＣＡＴ－５Ｅ电缆传输数据时的可靠性。结果表明即使在信号退化的情况下，ＢＥＲ低于３． ０× １０－１３ 时的可信度仍然高于９９％。同时测试结果还表明：数据表中 给出的最大抖动限制是比较保守的估计，它足以保证链路的高可靠性。
