串行器-解串器對可減少高帶寬、短距離數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中的互連布線，例如電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備背板、3G 手機基站機架內(nèi)連接和數(shù)字視頻接口。電流模式LVDS信號提供簡化的端接、低發(fā)射功率和低EMI。

主要的LVDS標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA-644-A規(guī)定了信號電平等物理層參數(shù)，但沒有規(guī)定數(shù)據(jù)速率與電纜長度等互連性能。該標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供了LVDS信令的基本兼容性，但在高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中需要補充有關(guān)給定電纜類型和長度可實現(xiàn)的性能的信息。

本文介紹了MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208解串器在不同數(shù)據(jù)速率和電纜長度下的誤碼比（BER）性能的實驗室測試結(jié)果和分析。本文還將BER與鏈路眼圖上測量的抖動相關(guān)聯(lián)。

Maxim MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208 LVDS解串器設(shè)計用于通過串行點對點鏈路傳輸高速數(shù)據(jù)，具有100Ω差分特性阻抗。MAX160–MAX400對的串行“有效負載”數(shù)據(jù)速率（不包括開銷同步位）為9205Mbps至9206Mbps，MAX400–MAX600對為9207Mbps至9208Mbps。兩者具有相同的引腳排列，但每對引腳都針對不同頻率范圍內(nèi)的工作進行了優(yōu)化。研究了使用各種長度的非屏蔽雙絞線CAT-5E電纜的BER和眼圖抖動。

為了衡量鏈路的可靠性，誤碼率測試是最直接和準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字通信鏈路需要非常低的誤差率，大約為千億個接收比特中的一個誤差（誤碼率為10-12） 或更少。

但是，要進行誤碼率測試，需要高性能信號發(fā)生器和專用測試設(shè)備，并且誤碼率測試非常耗時。根據(jù)傳輸速率，傳輸測試 BER 10 所需的位數(shù)可能需要數(shù)小時甚至數(shù)天-12或更少。由于BER測試的耗時性，通常采用更快的措施來預(yù)測鏈路可靠性。一種是建立產(chǎn)生低 BER 的抖動電平。MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208鏈路的抖動（圖3中稱為“邊際抖動”）由測量結(jié)果測量，并與BER相關(guān)。誤碼率測試用于驗證數(shù)據(jù)手冊抖動最大值。

測試設(shè)置

LVDS信號由MAX9205或MAX9207 LVDS串行器傳輸。串行器在并行數(shù)據(jù)時鐘（TCLK）的上升沿鎖存10位并行數(shù)據(jù)，添加兩個開銷同步位，并通過單個LVDS輸出發(fā)送串行化數(shù)據(jù)。MAX16的并行數(shù)據(jù)時鐘范圍為40MHz至9205MHz，MAX40的并行數(shù)據(jù)時鐘范圍為60MHz至9207MHz。包括兩個同步位后，串行比特率為12 × TCLK?！坝行лd荷”串行數(shù)據(jù)速率（串行比特率減去兩個同步位）為 10 × TCLK。MAX9205/MAX9207和MAX9206/MAX9208的功能模塊如圖1所示。

圖1.序列化器和解串器功能框圖。

在電纜測試設(shè)置（圖 2）中，二號評估板上的串行器和解串器用于將安捷倫 86130A BER 測試儀的串行 I/O 轉(zhuǎn)換為并行。并行數(shù)據(jù)應(yīng)用于第一號電纜測試評估板并從中讀取。86130A 輸出的串行數(shù)據(jù)序列長度為 1200 位，由 1000 的 PRBS 中獲取 2 位生成10-1 并每 01 個 PRBS 位插入“10”同步位。同步位的插入模擬序列化程序?qū)⑻砑拥奈?。二號板上的解串器去除了同步位，并將PRBS數(shù)據(jù)與一號板上的電纜測試串行器并行呈現(xiàn)。串行數(shù)據(jù)序列連續(xù)重復(fù)。安捷倫 81250 生成所需的參考時鐘（串行器的 TCLK 和解串器的 REFCLK）。電纜是以太網(wǎng) 5E 類，AWG24，通用電纜公司制造的非屏蔽雙絞線（部件號 2133629H）。

圖2.電纜測試設(shè)置。

誤碼率使用5英尺，15英尺，30英尺，60英尺和100英尺的電纜長度進行測試。使用泰克 TDS784C 示波器和泰克 P6247 1.0GHz 差分探頭在解串器輸入端測量眼圖抖動。調(diào)整了81250生成的TCLK串行器參考時鐘的延遲，以滿足數(shù)據(jù)表中列出的串行器輸入設(shè)置和保持時間要求。

測量和結(jié)果

分別對MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對進行測試。86130A產(chǎn)生的串行比特率對MAX192–MAX480為9205Mbps–9206Mbps，對MAX480–MAX720為9207Mbps–9208Mbps。

為了定量眼圖信號的完整性，定義了兩個參數(shù)；總抖動tTJ和邊緣抖動tMJ。tTJ是在零差分電壓下測量的定時抖動的寬度（零差分壓力是示波器圖中的主要水平柵格）。tMJ是從零差分電壓下的抖動中心到300mV峰間差分電壓測量的時間（見圖3）?？梢源致缘丶僭O(shè)解串器差分輸入在零伏差分下切換，但更保守的是假設(shè)附加的差分電壓以提供所需的過驅(qū)動。tTJ假設(shè)在零伏差分下切換，但tMJ要求差分信號在被認為已經(jīng)切換解串器輸入之前達到300mVP-P。因此，tMJ是信號完整性的一個更保守的度量。tUI（也可參見圖3）定義為串行位的持續(xù)時間（單位間隔）。單位間隔是參考頻率的周期除以12。

差分峰間電壓表示為VP-P。VP-P是測量點處單端電壓差值的兩倍，或VP-P例如，在測量點，如果在高狀態(tài)下VOUT+e1.35V和VOUT-＝1.10V相對于地，并且在低狀態(tài)下VOUT+e1.10V和VOUT-＝1.35V相對于地。由于測量是用差分探針（從VOUT+中減去VOUT-）進行的，眼圖顯示了VP-P。

圖3.抖動測量定義。

表 1 顯示了 t 的最大值美杰如MAX9206/MAX9208解串器數(shù)據(jù)資料所示。如果美杰小于或等于列出的最大值。

試在兩種條件下進行。在第一種條件下，在以被測試的串行器-解串器對所允許的最高數(shù)據(jù)速率對每個電纜長度運行串行測試模式一小時時，測量tTJ和tMJ并計數(shù)位錯誤。在第二種條件下，串行測試數(shù)據(jù)在高抖動條件下傳輸超過10小時（傳輸超過1.73×1013位），從而超過了tMJ的最大數(shù)據(jù)表值。并且對比特誤差進行計數(shù)。

表2和表3顯示了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對的電纜長度從5英尺到60英尺的測試結(jié)果。比特率是串行信令速率，數(shù)據(jù)速率是“有效載荷”串行數(shù)據(jù)速率（數(shù)據(jù)速率=（10/12）×比特率）。

表2。MAX9205–MAX9206 tTJ、tMJ、VP-P和位錯誤（測量一小時）。

作為測試示例，圖4顯示了MAX9208解串器輸入端30英尺和60英尺電纜后的眼圖。

圖4a。30英尺電纜的MAX9207–MAX9208眼圖。

30英尺，720Mbps，tTJ=220ps，tMJ D270ps，傳輸2.592×1012位。

沒有錯誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：500ps/分區(qū)。

圖4b。帶60英尺電纜的MAX9207–MAX9208眼圖。

60英尺，720Mbps，tTJ=320ps，tMJ PoN/A，傳輸2.592×1012位。

沒有錯誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：500ps/分區(qū)。

為了演示解串器在信號下降條件下（即抖動裕量小于數(shù)據(jù)表中指定的抖動裕量）恢復(fù)數(shù)據(jù)的能力，使用100英尺的電纜對兩個串行器-解串器對進行了測試。串行測試數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸了10多個小時。表4顯示了抖動、峰峰值電壓和誤差計數(shù)的測量結(jié)果。圖 5 提供了眼圖。

圖5a。100英尺電纜眼圖。

100ft，480Mbps，tTJ=660ps，tMJ 2N/A，傳輸1.73×1013位。

沒有錯誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：1ns/分區(qū)。

圖5b。100英尺電纜眼圖。

100ft，520Mbps，tTJ=1020ps，tMJ PoN/A，傳輸1.87×1013位。

沒有錯誤。垂直刻度：200mV/Div。水平比例尺：1ns/分區(qū)。

在任何測試中都沒有記錄任何位錯誤。在以520Mbps的比特率鋪設(shè)100英尺電纜后，信號的振幅為110mV。這大約是為tMJ指定的300mVP-P振幅的三分之一。此外，對于tTJ E1020ps，超過一半的1923ps單位間隔（tUI E1/520Mbps）是抖動。這些條件下的無誤差測試結(jié)果提供了數(shù)據(jù)表規(guī)范（表1）中裕度的測量值。

此外，基于測試結(jié)果，可以預(yù)測BER。假設(shè)串行數(shù)據(jù)序列中任何比特的錯誤概率是相同的，并且錯誤事件在比特之間是獨立的。如果BER是q，那么串行數(shù)據(jù)序列可以被建模為具有參數(shù)q的伯努利試驗。假設(shè)n是傳輸?shù)谋忍財?shù)，那么n比特序列沒有錯誤的概率可以表示為

Pno error = (1 - q)n

在100英尺長的電纜中，傳輸了超過1.73×1013的電纜，沒有出現(xiàn)錯誤。如果我們假設(shè)BER值q小于3.01×10-13，則方程01給出的Pno誤差為0.0056。這可以解釋為，如果BER的值為3.0×10-13或更大，則觀測到的1.73×1013的比特序列不發(fā)生錯誤的概率為0.0056。在統(tǒng)計學(xué)方面，如果1.73×1013比特的序列被無差錯地傳輸，則BER<3.0×10-13的假設(shè)是99.44%的正確性。由于這種置信度是用100英尺的電纜和較差的信號質(zhì)量獲得的，因此更短的電纜長度和更好的信號質(zhì)量將產(chǎn)生鏈路可靠性的更好置信度。

結(jié)論

本文利用誤碼率測試，研究了MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對在各種長度的低成本CAT-5E電纜上的可靠性。結(jié)果表明，即使在信號嚴(yán)重下降的情況下，鏈路誤碼率也小于 3.0 × 10-13置信度超過99%。結(jié)果還表明，數(shù)據(jù)手冊的抖動最大限值對于高鏈路可靠性是足夠且保守的。由于測量是在典型條件下進行的，因此建議將表1中的標(biāo)準(zhǔn)用于實際應(yīng)用。這為補償制造、電源電壓和溫度的變化提供了裕量。

審核編輯：郭婷