本應用筆記研究了串行數據鏈路的信號完整性與電纜長度的關系。使用MAX9207/MAX9208 LVDS串行器/解串器對使用各種長度的電纜進行抖動測量。結果以抖動和最大數據速率與電纜長度的關系表列出。

介紹

MAX9205/9207串行器和MAX9206/9208解串器設計用于通過點對點互連傳輸高速數據。MAX400-MAX600的串行“有效載荷”數據速率為9207Mbps至9208Mbps，MAX160-MAX400的串行“有效載荷”數據速率為9205Mbps至9206Mbps。兩對具有相同的配置，僅在工作頻率上有所不同。在本應用筆記中，我們將重點介紹數據速率更高的MAX9207串行器。

串行器和解串器可用于需要快速數據互連的應用，例如電信/網絡背板數據交換、3G 手機基站互連和視頻顯示面板接口。LVDS互連的優點是配置簡單、傳輸功率低、電纜成本低、數據速率高、工作距離長、EMI低。LVDS標準（ANSI TIA/EIA-644和IEEE 1596.3）規定了信號電平、波形和時序，但沒有規定電纜類型、數據速率、總線結構和鏈路距離。它們為用戶提供了將LVDS信令應用于各種應用的靈活性，但需要熟悉LVDS在數據速率、誤碼率（BER）、電纜長度和電纜類型方面的特性。本應用筆記介紹了不同數據速率和電纜長度下LVDS信號質量的實驗室測試結果和分析。預計本說明將為系統設計人員的應用提供一些指導。

通過測量LVDS眼圖在不同日期速率和電纜長度下的抖動和幅度來量化信號質量。使用眼圖是因為與BER測試相比，它需要簡單的設備并且易于進行。BER測試需要很長的測試時間。例如，用于驗證錯誤率為 10 的 BER 測試-12至少需要 10 個14位。在 400Mbps 時，發送和接收 3 需要將近 10 天的時間14位。驗證 BER 為 10-13需要一個月的時間。眼圖的抖動與信號質量直接相關，從中我們可以預測數據鏈路的可靠性。

測量設置

在傳導測試中，LVDS信號從MAX9207 LVDS串行器發送。MAX9207鎖存10位并行輸入數據，增加兩個開銷同步位，并通過單路LVDS輸出發送串行數據流。并行數據時鐘（TCLK）可高達60MHz。包括兩個同步位后，串行速率（表中稱為“鏈路數據速率”）為12 x TCLK。“有效載荷”數據速率（并行數據的傳輸速率）為 10 x TCLK。MAX9207的功能模塊如圖1所示。

圖1.MAX9207的功能框圖

測試設置如圖 2 所示。10 位并行數據由索尼/泰克 DG2020A 數字信號發生器生成。重復的512隨機位序列輸出到MAX9207并行輸入的每個位。每個隨機序列由具有隨機選擇系數的 32 位移位寄存器生成。每個輸出都有一組不同的系數。電纜是非屏蔽以太網 5 類，AWG 24，雙絞線。我們測試了各種電纜長度：5英尺、15英尺、30英尺和60英尺。電纜的一端通過MAX9207評估板上的兩個通孔（1A和1B）連接到MAX9207輸出。電纜的另一端由一個100Ω電阻端接。眼圖是在泰克 TDS784C 示波器上使用泰克 P6247 1.0GHz 差分探頭測量的。示波器與MAX9207并行速率時鐘同步。

圖2.眼圖測量設置。

測試結果

進行四組測試。在每個組中，選擇不同的電纜長度，鏈路數據速率從480Mbps到720Mbps不等。該鏈路數據速率包括兩個同步位，使得來自10位并行輸入的“有效載荷”數據速率為400Mbps至600Mbps。總抖動 t泰杰在零差分電壓和數量 t 的線上測量用戶界面是位符號的持續時間（參見圖 3）。除了測量 t泰杰，我們還測量了另一個稱為邊際抖動 t 的抖動美杰與LVDS信號的差分電壓有關（見圖3）。如圖3所示，抖動t美杰從眼圖的過零中心到峰峰值差分電壓等于300mV的點進行測量。隨著邊際抖動t美杰，我們可以測量解串器MAX9208可以可靠恢復的數據速率裕量。差分峰峰值電壓定義為VP-P.在P-P是測量點單端電壓差值的兩倍，或VP-P= 2 × |（在輸出+） - （V外-)|.例如，在測量點，如果 V輸出+= 1.35V 和 V外-= 1.10V 相對于高電平狀態下的地和 V輸出+= 1.10V 和 V外-= 1.35V 相對于低電平時的地，則 VP-P= 500mV。由于測量是用差分探頭（減去V外-從 V輸出+） 眼圖顯示 VP-P.直觀地說，t用戶界面， U泰杰是眼圖寬度和V的量度P-P是振幅。

圖3.零差分電壓線處的抖動測量。

表1記錄了電纜長度從5英尺到60英尺的四組測試的測量結果。在表中，鏈路數據速率是LVDS鏈路上的實際速率。

在圖4、5和圖6中，我們繪制了抖動和差分電壓與鏈路數據速率的關系圖。

圖4.總抖動tTJ 與鏈路數據速率的關系。

圖5.邊際抖動 tMJ 與鏈路數據速率的關系。

圖6.差分電壓 VP-P與鏈路數據速率的關系。

從測量中，我們可以觀察到一些事實。從 5 英尺到 30 英尺，噸泰杰和 t美杰相對于鏈路數據速率緩慢增加。當電纜長度增加到 60 英尺時，抖動會隨著鏈路數據速率的增加而迅速增加。對于抖動與電纜長度，兩者都在 15 英尺以下緩慢增加，然后在 30 英尺和 60 英尺時更快。對于差分電壓與鏈路數據速率，VP-P在鏈路數據速率方面幾乎呈線性變化。隨著電纜長度從 15 英尺增加到 30 英尺，有一個很大的增量。總體而言，它表明MAX9207提供的LVDS信號在低成本CAT-5非屏蔽雙絞線上可以具有較長的距離。

MAX9208解串器設計用于接收MAX9207發送的串行數據。根據MAX9208的數據資料，它可以可靠地恢復數據，邊際抖動美杰在 720Mbps 時小于 480ps，在 320Mbps 時小于 720ps。通過線性插值，我們得到480Mbps和720Mbps之間速率的邊際抖動上限（見表2）。這些上限為我們提供了確定各種電纜長度的可靠傳輸速率的標準。為了提供保守的結果，我們將抖動上限收緊了 10%。表3給出了MAX9207可以傳輸的數據速率，MAX9208在不同電纜長度下可以可靠地恢復抖動上限。圖 7 以對數刻度繪制了這些結果。

圖7.不同電纜長度的可靠鏈路數據速率。

上述結果表明，對于5英尺和15英尺電纜，數據速率受MAX720串行器的最高工作數據速率（9207Mbps）的限制。當電纜長度超過30ft時，數據速率會隨著長度的增加而降低。通過這些測量，表明MAX9207/9208串行器/解串器對可以用一對CAT-5電纜建立可靠的點對點高速數據鏈路，適用于各種應用。圖7為用戶提供了選擇電纜長度的簡單設計指導。為了顯示數字示波器測量的一些信號，圖8顯示了在表3條件下測量的眼圖。

圖8.不同電纜長度的眼圖。

由于在某些應用中，最好通過在LVDS輸出引腳上插入兩個電容器，在串行器和解串器之間使用交流耦合。為了演示交流耦合的效果，我們在每個串行器輸出中插入了一個0.012μF陶瓷片式電容器。圖 9 顯示了 15 英尺電纜在 720Mbps 數據速率下進行直流和交流耦合的眼圖。比較兩種情況的眼圖，我們看到交流耦合降低了差分電壓并略微增加了抖動。我們可以忽略交流耦合對信號完整性的影響，只要信號具有良好的零直流平衡。

圖9.使用 15 英尺電纜的直流和交流耦合眼圖。

結論

眼圖可以很好地衡量LVDS信號質量。眼圖的抖動和幅度由串行器和電纜特性決定。根據解串器的特性，MAX9208的邊際抖動t美杰可以直接確定可以通過鏈路可靠傳輸和恢復的數據速率。本報告提供了MAX9207 LVDS串行器在CAT-5電纜上的典型性能。測量結果可作為系統互連的設計指南。對于電纜不是CAT-5的應用，可以使用本報告的方法，但不能使用測量數據。需要注意的是，電纜的高頻傳輸線特性是決定信號質量的關鍵因素之一。

審核編輯：郭婷