高速差動(dòng)基架的設計秘訣

秘訣 7：線(xiàn)頭終端

若每一訊號傳輸線(xiàn)路都在靠近連接器接腳的位置裝設一個(gè) 15? 至 30? 的串行電阻，便可為邊緣速率進(jìn)行濾波。邊緣速率若能減慢，便可大幅減低長(cháng)線(xiàn)頭及高邊緣速率可能引起的差動(dòng)振幅。

若在接收器輸入位置加設一個(gè)交流電終端裝置，也可達到這個(gè)效果，令線(xiàn)頭上的傳輸線(xiàn)路問(wèn)題可大致上獲得解決。圖 10 顯示根據不同串行電阻值模擬接收器輸入波形的模擬結果。這些設計只適用于多站式應用方案。你若采用多站式應用方案而須面對高邊緣速率及長(cháng)線(xiàn)頭的問(wèn)題，你可以考慮采用線(xiàn)頭終端，以便徹底解決傳輸線(xiàn)路的問(wèn)題。

秘訣 8：連接器及順序排列

選用哪一種連接器需視乎所用的應用方案而定，須考慮的因素包括所需的訊號接腳數目、機械裝置、電子裝置的表現、以及外型大小等問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，短列比長(cháng)列好。此外，對于大部分連接器來(lái)說(shuō)，差動(dòng)配對的數據路徑應設于同一列之內，而非在列與列之間，以確保各路徑均有同一長(cháng)度。應由 LVDS 接腳將較遠接腳上的 CMOS 訊號傳送，以便隔離 CMOS 振幅的 dv/dt。圖 11 顯示上述建議的方法。

應采用特別的連接器或區段連接電源供應及接地。這些接腳應該長(cháng)短不一，并且互相交替，以確保按照正確的序列排列。我們建議應由接地開(kāi)始，然后電源、輸入/輸出等依次插入。拆除時(shí)，只需按照相反次序拆除便可。

秘訣 9：安全偏壓
安全性是采用多驅動(dòng)器應用方案經(jīng)常遇到的問(wèn)題。若所有驅動(dòng)器已關(guān)閉而又需要繼續正常作業(yè)，便需要設有安全偏壓。雖然 RX 電阻器設有最低的內部安全偏壓，但可能需要加強方可采用。例如，若有關(guān)應用方案的連接器接腳出現 CMOS 軌對軌訊號擺動(dòng)，便需要加強內部偏壓。若出現這個(gè)情況，也應在終端裝置位加設上拉或下拉電阻，一如圖 12 所示。一般來(lái)說(shuō)，電阻值會(huì )介于 6K? 至 12K? 之間。當所有驅動(dòng)器已關(guān)閉之后，輕微的正偏壓有助調節線(xiàn)路。這些電阻器的電阻值不宜減得太多，因為這樣會(huì )減低 (load down) 驅動(dòng)器的負載，減少訊號振幅。

圖 12：基架終端裝置與安全偏壓

選擇安全電阻值時(shí)須留意以下事項：選用的電阻必須比終端電阻大一至兩倍，以免驅動(dòng)器過(guò)量負載以及出現波形失真。安全偏壓的中點(diǎn)應接近驅動(dòng)器的偏移電壓 (+1.25V)，以免總線(xiàn)處于主動(dòng)與三態(tài) (TRI-STATE) (即被動(dòng)) 情況之間時(shí)出現較大的共模偏移。上拉及下拉電阻應同時(shí)裝設于總線(xiàn)的兩端，以便可以作出最快的反應。最后需要注意的一點(diǎn)是這些訊號的質(zhì)素會(huì )比主動(dòng)驅動(dòng)方式 (開(kāi)啟/開(kāi)啟) 差。

秘訣 10：平衡與不平衡雙絞線(xiàn)的比較

若差動(dòng)電路不能取得平衡，便會(huì )產(chǎn)生共模噪聲。圖 13 所示的模擬結果顯示雙絞線(xiàn)處于不平衡的狀態(tài)。雙絞線(xiàn)的其中一條導線(xiàn)長(cháng) 14.4 跡而另一條則長(cháng) 16.2 跡由此產(chǎn)生的共模噪聲可能會(huì )在系統內產(chǎn)生電磁干擾。

為了減少不必要的共模噪聲，差動(dòng)雙絞線(xiàn)內的兩條導線(xiàn)應該長(cháng)短相若，亦即盡量令導線(xiàn)的長(cháng)短保持一致。

圖 13：采用不平衡雙絞線(xiàn)所產(chǎn)生的接收器輸入共模噪聲
秘訣11：帶電插入支援

部分應用方案的系統停機時(shí)間不能太長(cháng)。對于這些應用方案來(lái)說(shuō)，將插卡插入正在帶電作業(yè)的總線(xiàn)是有其實(shí)際上的需要。只要采用冗余邏輯電路卡及互連 (系統) 或可以容錯的系統，便可支持帶電插接。BLVDS 技術(shù)可以令數據傳輸系統性能更可靠、容錯能力更高，容許插卡插入正在帶電作業(yè)的總線(xiàn)。對于某些應用方案來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因為系統可以完全無(wú)需增加額外路徑，有助減低系統成本。

BLVDS 技術(shù)利用差動(dòng)訊號傳輸方式，透過(guò)其固有的共模抑制功能，為數據提供保護。當插卡插入正在帶電作業(yè)的總線(xiàn)時(shí)，線(xiàn)路便增加一個(gè)電容負載。傳輸的訊號必定會(huì )增加這個(gè)負載電容的負荷。當電容的電荷增加，訊號電平便會(huì )下降。由于數據以差動(dòng)方式傳輸 (A-B)，因此會(huì )產(chǎn)生共模電壓調變，不會(huì )影響數據。接收器不會(huì )接納共模電壓，而 GTL 或 BTL 則采用低振幅的單端傳輸方式，因此共模電壓調變是這類(lèi)傳輸方式需要面對的大問(wèn)題。對于 GTL 或 BTL 來(lái)說(shuō)，電壓若下降至臨界水平，會(huì )破壞數據的完整性，因此壓降的時(shí)間應足夠長(cháng)，令接收器可以作出反應。

進(jìn)行的測試包括將插卡插入正在帶電作業(yè)的基架，以及利用 MB100 BERT 系統監測錯誤。有關(guān)測試均在設有 18 條插槽的基架上進(jìn)行，而測試進(jìn)行時(shí) TX 插在第 11 插槽內，而 BERT 測試機的監測用 RX 則放于第 12 插槽。插卡則插入第 1、10、13、及 18 插槽內。帶電插接期間，并無(wú)錯誤檢測出來(lái)。

我們利用單觸發(fā)捕捉器 (single-trigger capture) 及單端探針將靜態(tài)信道帶電插入故障事件捕捉在示波器上 (100mV/div 的第 1 條電路)。差動(dòng)探針 (100mV/div 的第 2 條電路) 則負責監視靜態(tài)信道。圖 14 顯示差動(dòng)噪聲容限仍能維持，而有關(guān)事件只是一次共模調變。

圖 14：帶電插入示波器所顯示的波形

為了確保帶電插入取得最好的效果，線(xiàn)頭負載必須保持平衡，而且兩條導線(xiàn)一旦與作業(yè)中的總線(xiàn)接上，必須產(chǎn)生相同的電容負載。

秘訣 12：訊號品質(zhì)

測試時(shí)我們必須檢查距離驅動(dòng)器最遠的接收器，以確保訊號的品質(zhì)。量度目視圖形時(shí)必須使用 PRBS 圖，以確定符號相互干擾 (ISI) 所造成的影響。驅動(dòng)器的邊緣速率在這個(gè)位置減速時(shí)減得最慢，而此時(shí)目視圖形會(huì )關(guān)閉。不同應用方案需要不同的訊號質(zhì)素，但眼孔開(kāi)得越大越好。我們必須查看最遠的接收器位置，以確保訊號質(zhì)素符合指定數據傳輸率的規定，同時(shí)也必須利用目視圖形檢查符號相互干擾以及最后的顫動(dòng)波幅。

圖 15：DS92LV090A，18 插槽，滿(mǎn)載，TX@1，RX @ 18 輸入接腳，200 Mbps，PRBS15，差動(dòng)探針 P6247，HP5472OD 示波器，200mV/div, 1ns/div。

建議 13：訊號品質(zhì) (要點(diǎn)重溫)

最接近有源驅動(dòng)器的接收器位置也應再次檢查。這個(gè)位置的邊緣速率最快，線(xiàn)路的傳輸效果會(huì )最差。由于位置的關(guān)系，檢查這些訊號比較困難，但仍值得作這樣的嘗試。若要確保量度準確，必須緊記采用高頻寬、低電容的差動(dòng)探針。
越靠近驅動(dòng)器，線(xiàn)路傳輸效果便越差，因為這里的訊號邊緣速率最快。

總結

BLVDS 技術(shù)的出現帶我們進(jìn)入高效能多點(diǎn)傳輸基架的年代。多點(diǎn)傳輸配置確保所有插卡可以在最少互連的情況下互相通訊，因此是一種效率非常高的總線(xiàn)。但這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也有其局限。主要線(xiàn)路所余下的線(xiàn)頭會(huì )影響傳輸線(xiàn)路的訊號品質(zhì)。此外，這是一種雙向的通訊方式，但只需半雙工的支持。

對于多點(diǎn)傳輸基架來(lái)說(shuō)，BLVDS 技術(shù)遠較上一代的技術(shù)優(yōu)越。數據傳輸率可以高達 100 至 400 Mbps 以上，比采用 BTL 或 GTL+ 的應用方案快四倍，更比 TTL 驅動(dòng)器應用方案快 10 倍，不可謂不驚人。由于采用了低電流的導引驅動(dòng)器、CMOS 技術(shù)、以及通用的低電壓供電導軌，因此功率消耗可大幅減少。終端裝置必須裝設，以便提供入射波交換及提高數據傳輸率，以免產(chǎn)生反射，以及將整條輸出電流路徑連成一圈。在一般情況下均無(wú)需特別的終端裝置電壓導軌 (BTL 只需 2.1V，而 GTL+ 則只需 1.5V)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可大幅精簡(jiǎn)終端裝置的設計，使總線(xiàn)的兩端只需加設一個(gè)被動(dòng)式表面貼著(zhù)電阻。以前采用單端總線(xiàn)時(shí)往往需要兩個(gè)專(zhuān)用插槽供有源終端裝置使用?，F在采用 BLVDS 的應用方案甚至可以騰出這兩個(gè)專(zhuān)用的插槽。帶電插接也可獲得支持，因為帶電插接事件會(huì )在總線(xiàn)上產(chǎn)生接收器排斥的共模調變。

簡(jiǎn)言之，BLVDS 技術(shù)可確保主流多點(diǎn)傳輸基架應用方案如數據通訊、電訊、因特網(wǎng)服務(wù)供貨商以及儲存應用方案等能夠發(fā)揮遠比以前為高的效能。