串行器-解串器對可減少高帶寬、短距離數據通信應用中的互連布線，例如電信和網絡設備背板、3G 手機基站機架內連接和數字視頻接口。電流模式LVDS信號提供簡化的端接、低發射功率和低EMI。

主要的LVDS標準TIA/EIA-644-A規定了信號電平等物理層參數，但沒有規定數據速率與電纜長度等互連性能。該標準為用戶提供了LVDS信令的基本兼容性，但在高數據速率應用中需要補充有關給定電纜類型和長度可實現的性能的信息。

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

Maxim MAX9205/MAX9207 LVDS串行器和MAX9206/MAX9208 LVDS解串器設計用于通過串行點對點鏈路傳輸高速數據，具有100Ω差分特性阻抗。MAX160–MAX400對的串行“有效負載”數據速率（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的工作進行了優化。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確的衡量標準。數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，需要高性能信號發生器和專用測試設備，并且誤碼率測試非常耗時。根據傳輸速率，傳輸測試 BER 10 所需的位數可能需要數小時甚至數天-12或更少。由于BER測試的耗時性，通常采用更快的措施來預測鏈路可靠性。一種是建立產生低 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”）由測量結果測量，并與BER相關。誤碼率測試用于驗證數據手冊抖動最大值。

測試設置

LVDS信號由MAX9205或MAX9207 LVDS串行器傳輸。串行器在并行數據時鐘（TCLK）的上升沿鎖存10位并行數據，添加兩個開銷同步位，并通過單個LVDS輸出發送串行化數據。MAX16的并行數據時鐘范圍為40MHz至9205MHz，MAX40的并行數據時鐘范圍為60MHz至9207MHz。包括兩個同步位后，串行比特率為12 × TCLK。“有效載荷”串行數據速率（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 轉換為并行。并行數據應用于第一號電纜測試評估板并從中讀取。86130A 輸出的串行數據序列長度為 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將添加的位。二號板上的解串器去除了同步位，并將PRBS數據與一號板上的電纜測試串行器并行呈現。串行數據序列連續重復。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 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。調整了81250生成的TCLK串行器參考時鐘的延遲，以滿足數據表中列出的串行器輸入設置和保持時間要求。

測量和結果

分別對MAX9205–MAX9206和MAX9207–MAX9208串行器-解串器對進行測試。86130A產生的串行比特率對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；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）。可以粗略地假設解串器差分輸入在零伏差分下切換，但更保守的是假設附加的差分電壓以提供所需的過驅動。tTJ假設在零伏差分下切換，但tMJ要求差分信號在被認為已經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，如果在高狀態下VOUT+e1.35V和VOUT-＝1.10V相對于地，并且在低狀態下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解串器數據資料所示。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據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并計數位錯誤。在第二種條件下，串行測試數據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的最大數據表值。并且對比特誤差進行計數。

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英尺的測試結果。比特率是串行信令速率，數據速率是“有效載荷”串行數據速率（數據速率=（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。

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。

為了演示解串器在信號下降條件下（即抖動裕量小于數據表中指定的抖動裕量）恢復數據的能力，使用100英尺的電纜對兩個串行器-解串器對進行了測試。串行測試數據連續傳輸了10多個小時。表4顯示了抖動、峰峰值電壓和誤差計數的測量結果。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。

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。

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果提供了數據表規范（表1）中裕度的測量值。

此外，基于測試結果，可以預測BER。假設串行數據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，那么串行數據序列可以被建模為具有參數q的伯努利試驗。假設n是傳輸的比特數，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，沒有出現錯誤。如果我們假設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的比特序列不發生錯誤的概率為0.0056。在統計學方面，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量獲得的，因此更短的電纜長度和更好的信號質量將產生鏈路可靠性的更好置信度。

結論

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。結果表明，即使在信號嚴重下降的情況下，鏈路誤碼率也小于 3.0 × 10-13置信度超過99%。結果還表明，數據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中的標準用于實際應用。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