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串行器和解串器對(duì)的性能測(cè)試:MAX9247和MAX9218

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-02-20 09:35 ? 次閱讀

高速串行數(shù)據(jù)連接已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和3G基站的視頻顯示、數(shù)碼相機(jī)傳感和背板數(shù)據(jù)傳輸。Maxim開(kāi)發(fā)了用于串行鏈路發(fā)射器和接收器的產(chǎn)品。本應(yīng)用筆記演示了典型串行器和解串器(SerDes)對(duì)(MAX9247和解串器)在各種電纜類型、電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率條件下的性能。生成的信息對(duì)于需要高速序列化數(shù)據(jù)連接的應(yīng)用程序非常有用。

介紹

Maxim的高速串行器和解串器(SerDes)產(chǎn)品已用于汽車、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和3G基站的視頻、圖像和數(shù)據(jù)傳輸。MAX9247串行器和MAX9218解串器構(gòu)成一對(duì)典型的單LVDS鏈路,內(nèi)置時(shí)鐘。該對(duì)可以達(dá)到的最高串行鏈路數(shù)據(jù)速率高達(dá)800Mbps。

本應(yīng)用筆記演示了該數(shù)據(jù)收發(fā)器鏈路的性能,基于不同的電纜類型、電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率。本文還展示了Maxim專有的預(yù)加重功能和線路均衡器帶來(lái)的性能改進(jìn)。為了滿足汽車應(yīng)用中的惡劣環(huán)境,該SerDes對(duì)還在-40°C至+105°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)試設(shè)置

測(cè)試裝置包括安捷倫ParBERT 81250測(cè)試儀、TDS784C 1GHz數(shù)字示波器、TEK P6247差分探頭和MAX9217/MAX9218評(píng)估板。安捷倫 81250 是一款并行誤碼率測(cè)試 (BERT)。組件的連接如下圖所示(圖1)。

pYYBAGPy0XqABL8xAACWQRk5Zco262.png

圖1.MAX9247和MAX9218的性能測(cè)試設(shè)置

MAX9247具有27位并行數(shù)據(jù)輸入,其中18位用于RGB視頻數(shù)據(jù)輸入,9位用于控制數(shù)據(jù)輸入。LVDS串行鏈路的數(shù)據(jù)速率是并行數(shù)據(jù)速率的20倍,包括2個(gè)開(kāi)銷位。安捷倫 9 的前 81250 個(gè)輸出通道連接到前 9 個(gè) RGB 輸入(RGB_IN0 至 RGB_IN8)。前 9 個(gè)通道的反相輸出連接到其余 9 個(gè) RGB 輸入(RGB_IN9 至 RGB_IN17)。BERT僅在RGB數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)。每個(gè)ParBERT輸出通道上的數(shù)據(jù)序列是獨(dú)立生成的偽隨機(jī)比特流,非重復(fù)長(zhǎng)度為21492.RGB 數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)度為 1370 位。在 1370 位之后,為控制周期添加 20 位間隔。所有控制位(CNTL_IN0 到 CNTL_8)始終設(shè)置為零。圖 2 顯示了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在測(cè)試期間重復(fù) 1390 位并行數(shù)據(jù)模式。信號(hào)DE_IN交替使用RGB數(shù)據(jù)周期和控制周期。

poYBAGPy0YmAPq4QAABN5pgr58M726.png

圖2.測(cè)試數(shù)據(jù)的序列結(jié)構(gòu)。

測(cè)試條件和測(cè)量結(jié)果

我們測(cè)試了三根雙絞線電纜,如下表所示。

制造者 部件號(hào) 長(zhǎng)度(M) 評(píng)論
日精 SIODIC F-2WME, AWG26 10, 20, 30 屏蔽
SIODIC F-2WME, AWG28 10, 20, 30
通用電纜 5E、AWG24 類 10, 20, 30 非屏蔽
MX38 20 屏蔽

為了測(cè)試SerDes對(duì)的性能與電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率的關(guān)系,我們觀察每個(gè)電纜長(zhǎng)度的誤碼率(BER),并記錄最高并行數(shù)據(jù)速率,在該速率下,十分鐘內(nèi)沒(méi)有位錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)速率增量為 1Mbps。我們使用這種方法來(lái)測(cè)量性能,因?yàn)殛P(guān)于LVDS SerDes收發(fā)器有兩個(gè)觀察結(jié)果:首先,如果十分鐘內(nèi)沒(méi)有錯(cuò)誤,幾個(gè)小時(shí)內(nèi)可能不會(huì)有錯(cuò)誤;其次,即使在非常低的速率下,在十分鐘內(nèi)觀察到錯(cuò)誤位時(shí),數(shù)據(jù)速率(<0.5Mbps)的輕微增加將導(dǎo)致解串器上DE_OUT信號(hào)的丟失鎖定。因此,我們的方法是在測(cè)試時(shí)間和測(cè)量可靠性之間進(jìn)行合理的權(quán)衡。因此,我們的假設(shè)是鏈路 BER 小于 10-10或 10-11在一定的數(shù)據(jù)速率下,十分鐘內(nèi)沒(méi)有發(fā)生比特錯(cuò)誤。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講,我們可以使用公式 1 計(jì)算該假設(shè)的置信水平:

poYBAGPyznuAHxcPAAAGhG0X6GE489.gif?imgver=1

其中N是在觀察周期(例如,十分鐘)內(nèi)通過(guò)串行鏈路傳輸?shù)奈粩?shù),p是假設(shè)的BER。表2提供了不同數(shù)據(jù)速率的CL。

并行數(shù)據(jù)速率(兆字節(jié)) 串行鏈路在
十分鐘內(nèi)傳輸?shù)?/strong>
位數(shù) n
置信水平 p
誤碼率 < 10-10 誤碼率 < 10-11
10 約12 x 1010 > 99.999% 69.88%
20 約24 x 1010 > 99.999% 90.92%
30 約36 x 1010 > 99.999% 97.27%
40 約48 x 1010 > 99.999% 99.18%

測(cè)試結(jié)果

表3顯示了在各種電纜類型、電纜長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率下,以及在預(yù)加重功能和LVDS均衡器打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)獲得的性能結(jié)果。預(yù)加重功能集成在MAX9247中,可通過(guò)將評(píng)估板上的跳線JP15設(shè)置為“高電平”來(lái)使能。專有的LVDS均衡器安裝在MAX9247的LVDS輸出端,如圖1所示。有關(guān)均衡器實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)信息,請(qǐng)聯(lián)系Maxim應(yīng)用支持。表3中的所有數(shù)據(jù)都是在室溫下生成的。30m 日精AWG26電纜在擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)的測(cè)試結(jié)果如表4所示。

電纜類型 預(yù)加重 LVDS鏈路均衡器 最大可靠串行數(shù)據(jù)速率 (SDR)
電纜長(zhǎng)度
10米 20米 30米
PCLK (MHz) 特別提款權(quán) (Mbps) PCLK (MHz) 特別提款權(quán) (Mbps) PCLK (MHz) 特別提款權(quán) (Mbps)
日精AWG26 關(guān)閉 關(guān)閉 34 612 25 450 15 270
關(guān)閉 40 720 27 486 17 306
關(guān)閉 38 684 34 612 30 540
43 774 39 702 35 630
日精AWG28 關(guān)閉 關(guān)閉 33 594 16 288 8 144
關(guān)閉 36 648 23 414 10 180
關(guān)閉 35 630 33 594 23 414
41 738 37 666 28 504
通用電纜 CAT5e 關(guān)閉 關(guān)閉 38 684 26 468 16 288
關(guān)閉 42 756 28 504 18 324
關(guān)閉 38 684 35 630 32 576
44 792 42 756 36 648
杰MX38 關(guān)閉 關(guān)閉 16 288
關(guān)閉 24 432
關(guān)閉 35 630
40 720
電纜類型 最大可靠串行數(shù)據(jù)速率 (SDR)
溫度
-40°C 25°C 105°C
PCLK (MHz) 特別提款權(quán) (Mbps) PCLK (MHz) 特別提款權(quán) (Mbps) PCLK (MHz) 特別提款權(quán) (Mbps)
日精AGW26, 30m 36 648 35 630 31 558

*請(qǐng)注意,在此測(cè)試中,預(yù)加重和LVDS均衡器均打開(kāi)。

在解串器的LVDS輸入端口記錄了以下眼圖。這些圖顯示了解串器在失真位符號(hào)下的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。我們還可以在眼圖上看到LVDS鏈路均衡器的顯著改進(jìn)。

poYBAGPyznyANJV6AABSk6x5LdY827.gif?imgver=1

圖3.日精AWG26,20m,702Mbps,帶預(yù)加重和均衡器。

pYYBAGPyzn2ABTvMAABMcUqV4Eo998.gif?imgver=1

圖4.日精AWG26,30m,630Mbps,帶預(yù)加重和均衡器。

poYBAGPyzn6AIG_sAAA688mem_s423.gif?imgver=1

圖5.日精AWG26,30米,306Mbps,帶預(yù)加重。

poYBAGPyzn-ATFnKAABIUuJiFDA997.gif?imgver=1

圖6.日精AWG26,30m,306Mbps,帶預(yù)加重和均衡器。

總結(jié)

根據(jù)表3和表4所示的結(jié)果,我們可以進(jìn)行以下觀察。

雖然CAT5E非屏蔽電纜的性能優(yōu)于其他兩種類型的電纜,但它在應(yīng)用中可能存在EMI問(wèn)題。

預(yù)加重和LVDS均衡有助于提高鏈路性能。預(yù)加重為短電纜提供更大的提升,后者為較長(zhǎng)的電纜提供更有效的改進(jìn)。對(duì)于30m電纜,均衡器可以使數(shù)據(jù)速率加倍。

擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)的性能變化相對(duì)較小。

電纜線規(guī)可能會(huì)限制性能。建議使用大于 AWG28 的線規(guī)。

審核編輯:郭婷

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