探索DS250DF230EVM：高速串行链路的理想解决方案

在高速串行链路设计领域，如何有效延长链路传输距离、增强链路鲁棒性，同时降低误码率，一直是工程师们关注的焦点。德州仪器（TI）的DS250DF230EVM评估模块为解决这些问题提供了一个出色的方案。今天，我们就来深入探讨一下这个模块的特点、使用方法以及一些实际应用中的注意事项。

文件下载：DS250DF230EVM.pdf

一、DS250DF230芯片概述

DS250DF230是一款四通道多速率重定时器，集成了信号调理功能。它能够显著延长长距离、有损、受串扰影响的高速串行链路的传输距离和鲁棒性，实现低至10 - 15或更低的误码率（BER）。

1. 速率灵活性

每个通道可独立锁定19.6 Gbps至25.8 Gbps的连续串行数据速率，也支持任何受支持的子速率（÷2和÷4），这种灵活性使得它能够适应多种不同的应用场景。

2. 硬件优势

该芯片采用单电源供电，对外部组件的需求极少。这不仅降低了PCB布线的复杂性，还能有效降低物料清单（BOM）成本，对于追求高集成度和低成本的设计来说非常有吸引力。

3. 先进的均衡特性

它具备低抖动3抽头发射有限脉冲响应（FIR）滤波器、自适应连续时间线性均衡器（CTLE）和自适应判决反馈均衡器（DFE）等先进的均衡功能，能够实现对有损互连和具有多个连接器及串扰的背板的距离扩展。

4. 集成CDR功能

集成的时钟和数据恢复（CDR）功能非常适合前端光模块应用，可重置抖动预算并对高速串行数据进行重定时，确保数据的准确传输。

5. 交叉点功能

DS250DF230在每对通道上实现了2x2交叉点，为主机提供了通道交叉和扇出选项，增加了系统设计的灵活性。

二、DS250DF230EVM硬件设置

使用DS250DF230EVM进行设置和测试的一般步骤如下：

1. 跳线检查

检查评估模块（EVM）的跳线设置，确保其与文档中的图1匹配。这一步是确保硬件正常工作的基础，任何跳线设置错误都可能导致后续测试出现问题。

2. 连接PC

使用提供的USB电缆将EVM连接到PC，以便通过软件对其进行配置和监控。

3. 电源连接

连接3.3V电源（最大2A），EVM板上有一个3.3V至2.5V的稳压器，可为重定时器提供所需的2.5V电源。注意在J10引脚上使用多个跳线，以确保电源的稳定供应。

4. 连接测试系统

将EVM连接到被测系统。默认情况下，EVM配置有四个差分RX输入和四个差分TX输出，可使用Huber + Suhner 1x8 MXP电缆组件将RX和TX信号连接到测试通道。需要注意的是，评估板上的所有TX和RX通道都通过220 nF的物理电容进行交流耦合，因此使用该EVM时无需外部交流耦合电容。

三、软件配置与使用

1. 软件安装

首先，需要下载并安装TI SigCon Architect GUI软件。具体步骤如下：

• 访问www.ti.com/tool/sigconarchitect，下载最新版本的SigCon Architect（文档编写时最新版本为2.0.0.4）。
• 从下载的文件中提取可执行文件（.EXE）并运行。
• 按照安装向导的说明完成安装。
• 通过“Special Note”链接请求DS250DF230配置文件的下载链接，获得TI MySecure软件访问权限后进行下载。
• 再次提取可执行文件并运行。

2. 软件启动与设备添加

启动SigCon Architect软件后，在“Selection”面板中应能看到DS250DF230。如果未列出，可按以下步骤添加：

• 进入“Device”选项卡，选择“Manage Devices”。
• 点击“+”图标，选择“DS250DF230”设备型号。
• 填写“New Device Name”（建议为DS250DF230）。
• 选择EVM上配置的从地址（典型设置为0x30）。
• 点击“OK”。

3. 连接验证

通过“Selection”面板导航到DS250DF230的“Configuration”页面，从下拉菜单中选择“Slave Address”为“0x30”，验证“USB2ANY Details”指定为“USB2ANY 0”，然后点击“Apply”。当应用程序底部出现绿色的“CONNECTED”指示灯时，表示连接成功。

4. 功能页面介绍

低级别页面

该页面允许用户对DS250DF230上的所有寄存器进行读写操作。用户可以点击“Read All”将每个寄存器的数据从设备加载到“Register Map”中；通过“Block Select”访问共享、全局或通道寄存器；读写寄存器时，可在“Current Address”文本框中输入地址或从“Register Map”中选择寄存器，然后进行相应的读写操作。如果选择广播方式进行通道寄存器写入，则指定的写入操作将应用到设备的所有通道。

眼图监测页面

此页面可让用户可视化DS250DF230的眼图，用于评估均衡后接收信号的质量。用户可以选择用于眼图绘制的通道，但只有在“CDR Locked”指示时才能为给定通道生成眼图。通过EOM_SEL_VRANGE下拉菜单可调整眼图的垂直比例，还可以进行“Single Capture”或“Continuous Capture”操作。在眼图监测页面上可以读取水平眼开度（HEO）和垂直眼开度（VEO）的值。如果用户需要对眼图监测数据进行自己的分析或后处理，可以点击“Export Raw Data”和“Export Density”按钮，分别生成包含63x63眼图监测值矩阵的Excel电子表格。

EEPROM页面

该页面允许用户创建可编程到EEPROM的DS250DF230十六进制文件，或根据现有DS250DF230十六进制文件中的值配置DS250DF230设备。用户可以点击“Update Slot from Device”根据从DS250DF230设备读取的值更新EEPROM页面设置，点击“Write to EEPROM Hex”创建可编程十六进制文件。需要注意的是，评估模块不包含EEPROM，但有一个标准6引脚EEPROM（XU1）的插座，SigCon Architect不能直接对EEPROM进行编程，可通过I2C通信（如AARDVARK或等效接口适配器）将EEPROM十六进制文件烧录到EEPROM中。页面上还有一些EEPROM控制设置，如“Common Channel”（若勾选，所有通道将接收相同配置；若不勾选，每个通道可接收唯一配置）、“EEPROM>256”（若启用，适用于有超过4个EEPROM插槽的情况）、“Enable CRC”（启用时，每个设备将有特定于基本头、地址映射头和数据的CRC值）等。

高级别页面

• 设备状态：选择“Device Status”选项卡可查看当前设备状态和控制设置的实时高级摘要。点击“Refresh From Device”确保显示的设置来自设备，该页面上的设置不可编辑。显示内容包括每个通道的信号检测状态（“Signal Not Detected”或“Signal Detected”）、CDR锁定状态、Rx连续时间线性均衡器（CTLE）的提升值、决策反馈均衡器（DFE）抽头的提升值、HEO和VEO值以及Tx FIR滤波器抽头的当前十进制值和极性等。
• Rx EQ/DFE：该选项卡提供了对DS250DF230 Rx均衡功能的全面状态和控制能力。用户可以设置设备的适应模式，选择所需的CTLE提升值，手动配置DFE抽头值，还可以自定义CTLE提升表。
• 交叉点开关：允许用户轻松配置DS250DF230重定时器相邻通道对的2x2交叉点。通过“Pair Select”下拉菜单选择要配置的交叉点对，通过“Crosspoint Configuration”下拉菜单选择交叉点模式，包括默认模式（给定通道的发射器从其自己的接收器获取数据）、扇出模式（选择广播通道后，所选通道的接收数据将同时输出到其Tx输出和交叉点对通道的Tx输出）和通道交叉模式（给定通道的Tx输出从其相邻交叉点对通道的Rx获取数据）。
• CDR（时钟和数据恢复）：该选项卡提供了一种快速配置DS250DF230重定时器以在所需数据速率和子速率下运行的方法。用户可以在标准模式和手动模式之间选择CDR锁定配置。标准模式允许用户将重定时器速率/子速率编程为一组预定义标准值之一；手动模式适用于需要在VCO范围内但不在“Standard Data Rate Selection”选项中的数据速率的应用，用户可以手动设置分频器和数据速率。
• TX FIR/VOD：允许用户配置重定时器每个通道的FIR抽头设置，设置输出到特定电压幅度，实现特定的发射前导和后导均衡比。用户可以调整FIR抽头值，点击“Set Taps”使输入生效，也可以点击“Read Taps”读取当前设置。
• PRBS选项卡：允许用户在DS250DF230重定时器的任何通道上配置PRBS发生器或检查器功能。启用PRBS发生器时，选择所需通道、模式类型和极性，然后点击“Enable”按钮；启用PRBS检查器时，选择通道，设置捕获周期（可选择无限或有限时间），点击“Turn ON”。用户还可以通过点击“Clear Checker”清除计数器字段，点击“Reset Checker”重置PRBS检查器设置，点击“Turn OFF”关闭检查器并返回默认设置。

四、最佳实践与使用技巧

1. 数据源设置

设置数据源（BERT TX或ASIC TX）以生成所需数据速率的PRBS模式。并非所有BERT TX源都具有FIR功能，DS250DF230接收器通常不需要链路伙伴发射器（BERT TX或ASIC TX）施加太多去加重，典型的3dB去加重或0 - 15%的后导抽头就足够了。如果BERT/ASIC TX具有前导抽头功能，0 - 15%的前导抽头应该足够。大多数链路在没有任何TX去加重的情况下也可以正常工作。

2. 系统连接

将EVM连接到系统，典型的拓扑结构为：BERT TX或ASIC TX ￫ SMA电缆 ￫ 通道_1 ￫ Huber + Suhner电缆 ￫ DS250DF230 EVM RXn ￫ DS250DF230 EVM TXn ￫ Huber + Suhner电缆 ￫ 通道_2 ￫ SMA电缆 ￫ BERT RX或ASIC RX。

3. 链路建立检查

选择数据速率后，在CDR选项卡上按下“RESET CDR”按钮（只要不更改数据速率或适应模式，只需按一次）。检查信号检测和CDR锁定状态指示器，查看链路是否建立。如果CDR锁定，页面上的CDR锁定指示器将变为绿色并显示“CDR locked”。

4. 眼图和误码检查

检查设备状态选项卡上显示的水平眼开度（HEO）和垂直眼开度（VEO），也可以前往眼图监测页面绘制完整的眼图。在PRBS Gen/Checker选项卡的PRBS模式检查器部分点击“Turn ON”，检查重定时器接收器的接收比特数和错误数。如有必要，调整链路伙伴发射器的FIR设置以实现目标BER。

5. 重定时器TX FIR设置

在TX FIR/VOD选项卡上调整重定时器TX FIR设置。建议先证明返回路径（重定时器TX到BERT/ASIC RX）正常工作，再尝试优化重定时器RX参数。可以先在简单通道上进行测试，证明重定时器能够无错误地将数据驱动到BERT/ASIC中（根据需要优化重定时器TX FIR），然后切换到更复杂的通道，同时保持通道2不变。

6. 注意事项

在25 - 28Gbps数据速率下，通道中的小缺陷可能会导致问题。要确保电缆正确拧紧（不要过度拧紧），插卡与背板连接器正确配合，BERT RX正确对准输入数据流。计算总通道损耗时，不要忘记包括测试夹具和电缆的损耗。例如，DS250DF230 EVM板加上Huber + Suhner电缆从设备输出到Huber + Suhner电缆末端有约4dB的插入损耗，从Huber + Suhner电缆末端到设备输入还有约4dB的插入损耗。

五、测试案例示例

以下是一个使用该EVM收集结果的示例测试案例：

• 数据速率：25.78125Gbps
• 数据模式：PRBS31
• 背板插入损耗：-35dB @ 12.9GHz
• 受害RX处的串扰：4.1 mV RMS（24.1 mVppd）
• 受害TX幅度：1200mVppd
• 受害TX FIR：C(-1)= -4，C(0)= 24，C(+1)= -3
• 适应模式：2
• 自适应RX CTLE：[3,0,0,0]
• 自适应DFE：[-0x14, +0x2, +0x1, -0x2, 0x0]

测试结果如下：

• 错误计数 = 0，BER < 1E - 13
• 水平眼开度（HEO）：0.44UI @ 1.5E - 5
• 垂直眼开度（VEO）：190mV @ 1.5E - 5

六、补充文档与环境合规性

1. 补充文档

与该EVM相关的所有设计、布局和其他文件如下：	文件描述	文件名称
原理图PDF	HSDC006_DS250DF230EVM_schematic.pdf
板布局文件	DS250DF230EVM_PCB_LAYOUT.brd
板Gerber文件	DS250DF230EVM_GERBERS.zip
板S参数文件夹	EVM/s_parameters/

2. 环境合规性

DS250DF230EVM物料清单中的所有组件均符合2013年1月3日颁布的2011/65/EU指令的RoHS要求。根据欧盟REACH法规第33条规定，该EVM包含两个至少含有一种高度关注物质（SVHC）且含量超过0.1%的组件，但德州仪器的这些使用量每年不超过1吨。具体的SVHC物质信息如下：	组件制造商	组件零件编号	SVHC物质	SVHC CAS（如有）
TE Connectivity	87227 - 6	7,17,18,18 - 十二氯五环[12.2.1.16,9.02,13.05,10]十八碳 - 7,15 - 二烯（“Dechlorane Plus”™）	无
Bivar	SM0603GCLc	1,3,5 - 三（环氧乙烷 - 2 - 基甲基） - 1,3,5 - 三嗪烷 - 2,4,6 - 三酮（TGIC）	2451 - 62 - 9

七、EVM电缆组件

DS250DF230EVM使用Huber + Suhner 1x8 MXP电缆组件。TI建议使用的三个零件编号如下：

• 85014420，MF53/1x8A_21MXP/21SMA/152：“MXP - 15电缆组件”，与MXP - 40相比成本较低，但信号完整性（SI）性能良好，足以满足25Gbps操作的需求。
• 84099607，MF53/1x8A_21MXP/11SK/305：“MXP - 40电缆组件”，专为40 + GHz设计，具有公电缆端和更长的电缆长度选项。
• 84098900，MF53/1x8A_21MXP/21SK_ergo/305：“MXP - 40电缆组件”，专为40 + GHz设计，具有母电缆端和更长的电缆长度选项。

如果需要购买Huber + Suhner的电缆组件，可联系[e-mail]，地址为HUBER + SUHNER Inc., 8530 Steele Creek Place Drive, Suite H, Charlotte - NC - 28273，电话为+1 704 - 790 - 7300。

DS250DF230EVM评估模块为高速串行链路设计提供了一个强大而灵活的解决方案。通过合理的硬件设置、软件配置和遵循最佳实践，工程师们可以充分发挥其性能，实现高速、可靠的数据传输。你在使用类似评估模块