78P2351R：155M NRZ 到 CMI 转换器的卓越之选

在高速数据传输领域，高效且稳定的信号转换至关重要。Teridian 的 78P2351R 作为一款专为 155 Mbit/s 电气 SDH 接口（STM1e）设计的第二代线路接口单元（LIU），无疑是众多工程师的得力助手。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

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一、概述

78P2351R 是一款单芯片解决方案，它集成了发射和接收路径的时钟与数据恢复功能，能够轻松实现 NRZ 到 CMI 的转换，成本效益极高。该芯片通过宽带变压器与 75Ω 同轴电缆接口，可处理超过 12.7dB 的电缆损耗。其小巧的 7x7mm MLF 封装，无需同步时钟，非常适合用于新型 STM1e（ES1）小型可插拔（SFP）收发模块。

二、应用领域

• STM1e SFP 模块：为模块提供稳定的信号转换，确保数据的高效传输。
• SDH/ATM 线卡：提升线卡的数据处理能力和稳定性。
• 分插复用器（ADMs）：优化复用器的信号处理流程。
• PDH/SDH 测试设备：为测试设备提供准确的信号转换，保证测试结果的可靠性。
• 数字微波无线电：增强无线电信号的传输质量。
• 多业务交换机：支持交换机的多业务数据处理。

三、功能特性

（一）接口兼容性

• 符合 ITU - T G.703 标准，具备可调电缆驱动器，适用于 155.52 Mbps CMI 编码的同轴传输。
• LVPECL 兼容的系统接口，发射路径集成 CDR，实现灵活的 NRZ 到 CMI 转换。

（二）信号处理能力

• 接收路径集成自适应 CMI 均衡器和 CDR，可处理超过 12.7dB 的电缆损耗。
• 接收监控模式可处理高达 20dB 的平坦损耗（最大 6dB 电缆损耗）。

（三）配置灵活性

可通过硬件控制引脚或 4 线串口接口进行配置。

（四）抖动性能

符合 ANSI T1.105.03 - 1994、ITU - T G.813、G.825、G.958 以及 Telcordia GR - 253CORE 的抖动性能标准。

（五）信号检测

具备接收信号丢失（Rx LOS）检测功能。

（六）其他特性

• 可选的固定背板均衡器可补偿长达 1.5m 的走线。
• 单 3.3V 电源供电。
• 采用小型 7x7mm 56 引脚 QFN 封装。
• 工业温度范围为 - 40˚C 至 + 85˚C。

四、功能详细解析

（一）参考时钟

78P2351R 需要一个参考时钟，通过 CKREFP/N 引脚提供。根据参考频率的不同，可接受单端 CMOS 电平输入或差分 LVPECL 时钟输入。参考频率可通过 CKSL 控制引脚或寄存器位进行选择。

（二）接收器操作

接收器接收符合 ITU - T G.703 标准的 155.52Mbit/s CMI 编码信号。经过 AGC 和自适应均衡器处理，克服长电缆长度引起的符号间干扰。时钟恢复系统采用延迟锁定环（DLL），恢复时钟和数据后，数据由 CMI 解码器解码为二进制。

（三）接收器监控模式

通过 SCK_MON 引脚或 MON 寄存器位可将接收器置于监控模式，在均衡前为接收信号增加约 20dB 的平坦增益。需要注意的是，在此模式下信号丢失检测功能将被禁用。

（四）信号丢失检测

芯片包含信号丢失（LOS）检测器，当接收信号的峰值低于标称值约 19dB 持续约 110 UI 时，接收信号丢失将被断言；当接收信号高于标称值约 18dB 持续 110 UI 时，Rx LOS 信号将被清除。

（五）发射器操作

发射器生成符合 ITU - T G.703 标准的可调模拟信号，通过宽带变压器传输到 75Ω 同轴电缆。差分 NRZ 数据以 LVPECL 电平输入，经过时钟和数据恢复电路，采用 CMI 线路编码进行编码。发射器有同步模式、准同步模式和环路定时模式等多种模式可供选择。

（六）时钟合成器

发射时钟合成器是一个低抖动 PLL，生成 311.04 MHz 时钟用于 CMI 编码器，同时也为接收和发射端的时钟和数据恢复提供 155.52 MHz 参考时钟。

（七）脉冲幅度调整

用户可编程寄存器可实现高达 200mV 的可编程发射增益，具体信息可联系 TDK 应用部门。

（八）发射背板均衡器

发射路径集成了可选的固定 LVPECL 均衡器，可补偿长达 1.5m 的走线，通过 TXOUT1 引脚或 TXEQ 位进行启用。

（九）掉电功能

可通过软件控制独立设置发射和接收的掉电状态，全局掉电可通过同时关闭发射器和接收器实现。4 线串口接口和配置寄存器不受掉电影响。

（十）环回模式

支持本地和远程模拟环回模式，在软件模式下还提供全远程（数字）环回模式。

（十一）内部上电复位

芯片具备上电复位（POR）功能，Vcc 达到 2.4V 约 50 µs 后，内部会生成复位脉冲，将所有寄存器和状态机复位到初始值。

（十二）串口控制接口

通过 4 线串口接口可实现模式设置、诊断测试、状态和性能信息检索以及生产测试期间的片上熔丝调整。

五、寄存器描述

芯片的寄存器分为全局寄存器和端口特定寄存器，通过不同的地址和位设置实现各种功能的配置和状态监控。例如，MASTER CONTROL REGISTER 可用于选择参考时钟频率和进行寄存器软复位；MODE CONTROL REGISTER 可控制发射器和接收器的电源状态、选择串行模式接口等。

六、引脚描述

芯片的引脚包括发射器引脚、接收器引脚、参考和状态引脚、控制引脚、串口引脚以及电源和接地引脚。每个引脚都有其特定的功能和作用，例如 SIDP/N 用于输入差分 NRZ 数据，CMIP/N 用于输出 CMI 编码数据，CKREFP/N 用于输入参考时钟等。

七、电气规格

（一）绝对最大额定值

包括电源电压、存储温度、结温、引脚电压和引脚电流等参数，操作时需确保不超过这些极限值，以免损坏设备。

（二）推荐工作条件

规定了直流电压供应、环境工作温度和结温的范围，在这些条件下芯片可正常工作。

（三）直流特性

包括电源电流、接收电源电流和掉电电流等参数，反映了芯片的功耗情况。

（四）模拟引脚特性和数字 I/O 特性

详细描述了不同类型引脚的电气特性，如输入电压、输入电流、输出电压、输出过渡时间等。

（五）参考时钟特性

规定了参考时钟的占空比和频率稳定性要求。

（六）串口定时特性

包括 SDI 到 SCK 的建立时间、保持时间，SCK 到 SDO 的传播延迟以及 SCK 频率等参数。

（七）发射器和接收器规格

发射器的 CMI 接口规格包括位速率、编码方式、输出电压、上升/下降时间等；接收器的 CMI 接口规格包括输入幅度、平坦损耗容忍度、延迟、PLL 锁定时间等。

（八）抖动特性

发射器输出抖动和接收器抖动容忍度、抖动传递函数等特性确保了芯片在信号传输过程中的稳定性和可靠性。

八、应用信息

（一）外部组件

推荐了接收器和发射器的终端电阻值，以及变压器的匝数比和建议的制造商。

（二）热信息

提供了不同封装条件下的热阻参数，有助于工程师进行散热设计。

九、总结

78P2351R 以其丰富的功能、卓越的性能和灵活的配置，为 155 Mbit/s 电气 SDH 接口的设计提供了理想的解决方案。无论是在通信设备、测试仪器还是其他相关领域，它都能发挥重要作用。作为电子工程师，我们在设计过程中可以充分利用其特性，优化电路设计，提高系统的稳定性和可靠性。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。