探索DS32EL0421/DS32ELX0421：高速串行传输的理想选择

在高速电子设计领域，找到一款性能卓越且易于集成的串行器至关重要。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的DS32EL0421和DS32ELX0421，这两款专为高速串行传输设计的125 MHz至312.5 MHz（DDR）串行器。

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产品概述

DS32EL0421/DS32ELX0421适用于FR - 4印刷电路板背板、平衡电缆和光纤等多种传输介质，能实现高速串行传输。它集成了先进的信号和时钟调节功能，拥有对FPGA友好的接口，可将多达5个并行输入LVDS通道进行串行化，最大数据有效载荷可达3.125 Gbps；若启用集成的DC平衡编码，最大数据有效载荷为2.5 Gbps。

关键特性

接口与功能特性

• 5位DDR LVDS并行数据接口：有效减少FPGA的I/O引脚数量和电路板走线数量，同时减轻EMI问题。
• 可编程功能：具备可编程的发射去加重、可配置的输出电平（$V_{OD}$）、可选的DC平衡编码器和数据加扰器，为不同应用场景提供了灵活的配置选项。
• 远程感应功能：可自动检测并协商链路状态，无需额外的反馈路径，方便与DS32EL0124/DS32ELX0124解串器配合使用。
• 数据有效信号：有助于多个接收器的同步，确保数据传输的准确性。
• 内置测试模式生成器：方便进行设备测试和故障排查。
• 锁相丢失和错误报告：及时反馈设备的工作状态，便于工程师进行故障诊断。

电气特性

• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适用于多种恶劣环境。
• 高ESD保护：> 8 kV ESD（HBM）保护，增强了设备的可靠性和稳定性。
• 低本征抖动：在3.125 Gbps时仅为35ps，保证了数据传输的高质量。

引脚说明

该设备有多个引脚，包括电源、接地、模拟参考、CML / O、LVDS并行数据总线、LVCMOS控制引脚、SMBus接口等。每个引脚都有其特定的功能和用途，例如：

• 电源引脚：提供3.3V和2.5V的电源，确保设备正常工作。
• VOD_CTRL引脚：用于控制CML输出的发射幅度，可通过连接下拉电阻进行调节。
• LF_CP和LF_REF引脚：用于PLL的环路滤波器连接和接地参考。

电气与时序规格

绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于保证设备的安全和可靠性至关重要。例如，LVCMOS输入电压范围为 - 0.3V至（VDD + 0.3V），结温不得超过 + 125°C等。

推荐工作条件

在推荐的工作条件下使用设备，能确保其性能的稳定性。如电源电压（VDD33 - GND）的范围为3.135V至3.465V，环境温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

电源规格

设备的电源规格包括不同电压下的电源电流和功耗。例如，在不同数据速率下，2.5V和3.3V电源的电流和功耗会有所不同。

电气与时序规格

涵盖LVCMOS、SMBus、LVDS、CML等不同接口的电气和时序规格，为工程师在设计电路时提供了详细的参考。例如，LVDS输入时钟频率范围为125 MHz至312.5 MHz，CML输出的差分电压摆幅在特定条件下为1175 mVp.p至1450 mVp.p。

功能描述

电源管理

设备有多个2.5V和3.3V的电源引脚，需要正确连接和旁路。建议先开启3.3V电源，再开启2.5V电源，以避免初始大电流冲击。同时，设备提供了两种降低功耗的方法，可根据实际需求进行选择。

复位操作

设备有三种复位方式：上电自动复位、拉低RESET引脚复位和写入复位寄存器复位。复位操作可将寄存器值恢复为默认值，但不影响地址寄存器的值。

输入与滤波

LVDS输入采用标准的2.5V接口，内部有100Ω终端电阻，建议FPGA与串行器之间的PCB走线长度不超过40英寸。PLL的环路滤波器为外部元件，推荐使用100nF电容和1.5 kΩ电阻串联连接。

CML输出控制

CML输出的发射幅度可通过VOD_CTRL引脚连接下拉电阻或写入SMBus寄存器进行控制。

远程感应与DC平衡编码

远程感应功能可使串行器与解串器自动建立链路和对齐数据，而DC平衡编码器则支持AC耦合应用，可将输入信号进行编码处理。

加扰器与NRZI编码器

启用加扰器和NRZI编码器可提高数据的过渡密度，降低EMI辐射，同时帮助解串器的CDR正确锁定数据。

设备配置

设备可通过多种方式进行配置，不同的配置组合会影响设备的链路启动行为、数据处理方式和加扰器等功能的启用状态。例如，当远程感应和DC平衡编码都启用时，设备会采用特定的数据对齐方式和默认的加扰器设置。

SMBus接口

SMBus接口兼容SMBus 2.0物理层规范，使用Chip Select信号进行控制。通过特定的协议，可实现数据的读写操作，支持多种不同的配置方式，以满足不同应用的需求。

传播延迟

设备的传播延迟取决于数字组件的时钟周期，与高速串行线路速率成正比。通过不同的配置引脚和功能设置，传播延迟会有所不同，工程师可根据实际需求进行预测和调整。

应用信息

多种应用场景

该设备适用于成像、显示、视频传输、通信系统、测试测量和工业总线等多个领域，为不同应用提供了高速、可靠的数据传输解决方案。

GPIO引脚应用

GPIO引脚可用于调试和评估系统，通过寄存器配置可实现多种功能，如输出控制、状态指示等。

高速通信与冗余应用

结合集成的去加重和均衡模块，可在多种介质上实现高速数据传输。DS32ELX0421还提供了冗余输出，支持冗余应用，提高了系统的可靠性。

链路聚合与布局指南

多个串行器和解串器可进行链路聚合，实现更高的数据吞吐量或更长的电缆长度。在布局时，应遵循高速设备的布局原则，如控制LVDS和CML走线长度、避免噪声干扰、保证阻抗匹配等。

典型性能与寄存器映射

典型性能

通过眼图可以直观地了解设备在不同条件下的典型性能，为工程师评估设备的适用性提供参考。

寄存器映射

设备的寄存器映射详细列出了各个寄存器的功能、位域、读写属性和默认值，工程师可通过对寄存器的操作来配置设备的各项功能。

总结

DS32EL0421和DS32ELX0421以其丰富的功能、出色的性能和灵活的配置选项，成为高速串行传输设计中的理想选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置设备，遵循布局指南，以确保设备的性能和可靠性。你在使用类似串行器的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。