串行器和解串器对的性能测试：MAX9247和MAX9218

高速串行数据连接已广泛应用于网络、服务器和3G基站的视频显示、数码相机传感和背板数据传输。Maxim开发了用于串行链路发射器和接收器的产品。本应用笔记演示了典型串行器和解串器（SerDes）对（MAX9247和解串器）在各种电缆类型、电缆长度和数据速率条件下的性能。生成的信息对于需要高速序列化数据连接的应用程序非常有用。

介绍

Maxim的高速串行器和解串器（SerDes）产品已用于汽车、网络、服务器和3G基站的视频、图像和数据传输。MAX9247串行器和MAX9218解串器构成一对典型的单LVDS链路，内置时钟。该对可以达到的最高串行链路数据速率高达800Mbps。

本应用笔记演示了该数据收发器链路的性能，基于不同的电缆类型、电缆长度和数据速率。本文还展示了Maxim专有的预加重功能和线路均衡器带来的性能改进。为了满足汽车应用中的恶劣环境，该SerDes对还在-40°C至+105°C的温度范围内进行了测试。

测试设置

测试装置包括安捷伦ParBERT 81250测试仪、TDS784C 1GHz数字示波器、TEK P6247差分探头和MAX9217/MAX9218评估板。安捷伦 81250 是一款并行误码率测试 （BERT）。组件的连接如下图所示（图1）。

图1.MAX9247和MAX9218的性能测试设置

MAX9247具有27位并行数据输入，其中18位用于RGB视频数据输入，9位用于控制数据输入。LVDS串行链路的数据速率是并行数据速率的20倍，包括2个开销位。安捷伦 9 的前 81250 个输出通道连接到前 9 个 RGB 输入（RGB_IN0 至 RGB_IN8）。前 9 个通道的反相输出连接到其余 9 个 RGB 输入（RGB_IN9 至 RGB_IN17）。BERT仅在RGB数据上实现。每个ParBERT输出通道上的数据序列是独立生成的伪随机比特流，非重复长度为21492.RGB 数据序列的长度为 1370 位。在 1370 位之后，为控制周期添加 20 位间隔。所有控制位（CNTL_IN0 到 CNTL_8）始终设置为零。图 2 显示了数据结构。在测试期间重复 1390 位并行数据模式。信号DE_IN交替使用RGB数据周期和控制周期。

图2.测试数据的序列结构。

测试条件和测量结果

我们测试了三根双绞线电缆，如下表所示。

 

制造者	部件号	长度（M）	评论
日精	SIODIC F-2WME， AWG26	10, 20, 30	屏蔽
	SIODIC F-2WME， AWG28	10, 20, 30
通用电缆	5E、AWG24 类	10, 20, 30	非屏蔽
载	MX38	20	屏蔽

 

为了测试SerDes对的性能与电缆长度和数据速率的关系，我们观察每个电缆长度的误码率（BER），并记录最高并行数据速率，在该速率下，十分钟内没有位错误。数据速率增量为 1Mbps。我们使用这种方法来测量性能，因为关于LVDS SerDes收发器有两个观察结果：首先，如果十分钟内没有错误，几个小时内可能不会有错误;其次，即使在非常低的速率下，在十分钟内观察到错误位时，数据速率（<0.5Mbps）的轻微增加将导致解串器上DE_OUT信号的丢失锁定。因此，我们的方法是在测试时间和测量可靠性之间进行合理的权衡。因此，我们的假设是链路 BER 小于 10-10或 10-11在一定的数据速率下，十分钟内没有发生比特错误。从统计学上讲，我们可以使用公式 1 计算该假设的置信水平：

其中N是在观察周期（例如，十分钟）内通过串行链路传输的位数，p是假设的BER。表2提供了不同数据速率的CL。

 

并行数据速率（兆字节）	串行链路在 十分钟内传输的 位数 n	置信水平 p
		误码率 < 10-10	误码率 < 10-11
10	约12 x 1010	> 99.999%	69.88%
20	约24 x 1010	> 99.999%	90.92%
30	约36 x 1010	> 99.999%	97.27%
40	约48 x 1010	> 99.999%	99.18%

 

测试结果

表3显示了在各种电缆类型、电缆长度和数据速率下，以及在预加重功能和LVDS均衡器打开或关闭时获得的性能结果。预加重功能集成在MAX9247中，可通过将评估板上的跳线JP15设置为“高电平”来使能。专有的LVDS均衡器安装在MAX9247的LVDS输出端，如图1所示。有关均衡器实现的详细信息，请联系Maxim应用支持。表3中的所有数据都是在室温下生成的。30m 日精AWG26电缆在扩展温度范围内的测试结果如表4所示。

 

电缆类型	预加重	LVDS链路均衡器	最大可靠串行数据速率 （SDR）
			电缆长度
			10米		20米		30米
			PCLK （MHz）	特别提款权 （Mbps）	PCLK （MHz）	特别提款权 （Mbps）	PCLK （MHz）	特别提款权 （Mbps）
日精AWG26	关闭	关闭	34	612	25	450	15	270
	上	关闭	40	720	27	486	17	306
	关闭	上	38	684	34	612	30	540
	上	上	43	774	39	702	35	630
日精AWG28	关闭	关闭	33	594	16	288	8	144
	上	关闭	36	648	23	414	10	180
	关闭	上	35	630	33	594	23	414
	上	上	41	738	37	666	28	504
通用电缆 CAT5e	关闭	关闭	38	684	26	468	16	288
	上	关闭	42	756	28	504	18	324
	关闭	上	38	684	35	630	32	576
	上	上	44	792	42	756	36	648
杰MX38	关闭	关闭			16	288
	上	关闭			24	432
	关闭	上			35	630
	上	上			40	720

电缆类型	最大可靠串行数据速率 （SDR）
	温度
	-40°C		25°C		105°C
	PCLK （MHz）	特别提款权 （Mbps）	PCLK （MHz）	特别提款权 （Mbps）	PCLK （MHz）	特别提款权 （Mbps）
日精AGW26， 30m	36	648	35	630	31	558

 

*请注意，在此测试中，预加重和LVDS均衡器均打开。

在解串器的LVDS输入端口记录了以下眼图。这些图显示了解串器在失真位符号下的数据恢复能力。我们还可以在眼图上看到LVDS链路均衡器的显着改进。

图3.日精AWG26，20m，702Mbps，带预加重和均衡器。

图4.日精AWG26，30m，630Mbps，带预加重和均衡器。

图5.日精AWG26，30米，306Mbps，带预加重。

图6.日精AWG26，30m，306Mbps，带预加重和均衡器。

总结

根据表3和表4所示的结果，我们可以进行以下观察。

虽然CAT5E非屏蔽电缆的性能优于其他两种类型的电缆，但它在应用中可能存在EMI问题。

预加重和LVDS均衡有助于提高链路性能。预加重为短电缆提供更大的提升，后者为较长的电缆提供更有效的改进。对于30m电缆，均衡器可以使数据速率加倍。

扩展温度范围内的性能变化相对较小。

电缆线规可能会限制性能。建议使用大于 AWG28 的线规。

审核编辑：郭婷