德州仪器SLK2501 Serdes评估模块：设计、配置与测试全解析

在高速数据传输的领域中，评估模块（EVM）扮演着至关重要的角色，它能帮助工程师们快速验证和评估设备的性能。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的SLK2501 Serdes评估模块，从设计特点、板载配置到测试方案，为大家呈现一个全面的技术指南。

文件下载：SLK2501EVM.pdf

一、EVM简介

SLK2501 EVM主要用于评估SLK2501多速率收发器设备（100引脚VQFP）以及相关的光接口（SCM6028），适用于点对点数据传输应用。该模块能让设计师将50Ω并行总线连接到发射器和接收器的并行连接器，借助高速PLL技术，实现数据的序列化和反序列化。

1.1 EVM PCB

SLK2501 EVM板支持将50Ω并行总线连接到发射器和接收器。其高速数据线路接口采用四个50Ω受控阻抗SMA连接器，既可以直接使用铜接口，也能通过回环到激光模块部分实现光接口（光模块需参考附录A）。

1.2 使用EVM

此评估板可用于评估设备参数，同时为高速板布局提供指导。它可以作为子板插入新的或现有的设计中，并且SLK2501支持不同的频率范围（OC3 - OC48）。

1.3 串行高速走线设计

1.3.1 差分走线

随着工作频率的提高，为保证信号完整性，差分信号对的每条走线需匹配以维持50Ω的线阻抗。差分走线之间的间距选择大于3W（走线宽度的三倍），几乎不存在线间耦合，差分阻抗为单端阻抗的两倍（100Ω）。在EVM上，所有阻抗控制线路的走线宽度为152µm（6mil），差分线在第3层以带状线形式布线。

1.3.2 其他考虑因素

为保持传输线50Ω的平坦阻抗，需尽量减少阻抗不匹配。高速焊盘的组件焊盘尺寸缩小至与连接传输线宽度相似，减少过孔数量，并在必要时将过孔尽可能靠近设备驱动器放置。同时，要控制好阻抗和走线长度不匹配（板间偏移）。

1.4 设计考虑

该板具有诸多先进特性，如为高速信号完整性设计的PCB、支持铜或光接口的灵活性、便于连接测试设备的SMA和并行夹具、可访问所有输入/输出信号以实现快速原型设计等。此外，模拟和数字电源平面可通过单独的香蕉插孔供电以实现隔离，也可使用铁氧体桥接网络进行组合，板载电容（靠近SMA连接器）可提供高速信号的交流耦合。设计师还可考虑使用盲孔和埋孔来减少短线，优化设计以适应不同的频率范围。

二、SLK2501 EVM套件内容与板载配置

2.1 套件内容

SLK2501 EVM套件包含SLK2501 EVM板和相关文档。

2.2 板载配置

2.2.1 TX/RX信号

TX和RX并行信号（TXDATA、TXCLK、RXDATA、RXCLK、FRAME等）分别通过4引脚连接器连接。高速串行数据走线经过精心布线，每个接口连接到一个SMA连接器，也可断开连接到光模块。参考时钟输入同样使用SMA连接器，以减少线路反射并确保低抖动。

2.2.2 控制头

U6和U11头提供静态信号（通常拉高）来配置设备的不同操作模式。输出头携带所有LVTTL静态输出，U9头指示光发射器已检测到信号，可通过小导线连接到U11头的SIGDET输入。Dis头允许操作员禁用光收发器。

2.2.3 电源平面

电源平面分为六路，为板的不同部分供电，防止SLK2501的模拟和数字部分之间的开关噪声耦合，并为激光部分提供电压隔离。激光部分需要3.3V电源，通过(v_{CC})连接器供电，J1（PWR IN）连接器需要2.5V电源，其他电源平面（VDD、VDDA、VDDLVDS）通过默认配置中安装的可移除铁氧体磁珠L1 - L4从PWR IN平面供电。

2.2.4 默认EVM交付设置

板通常以默认配置交付，需要外部时钟和数据输入。SLK2501附带用于默认操作的跳线，具体配置可参考文档中的表格。若要使用光模块，需要进行相应的配置更改。

三、典型测试与设置配置

3.1 接口选择：光模块与铜缆

在进行不同测试配置之前，操作员需要决定是安装SCM6028光模块，还是使用SMA连接器通过铜缆连接串行Sonet/SDH流。SLK2501的高速I/O可同时连接板载光模块和SMA连接器。使用板载光收发器时，安装C47 - C50，留空C51 - C54；使用SMA连接器时，安装C51 - C54，留空C47 - C50。

3.2 串行回环测试与并行BERT

此配置仅需一个SLK2501 EVM，可评估SLK2501设备的发射器和接收器部分的大部分功能。并行误码率测试仪（BERT）或模式发生器生成预定义的并行位模式，通过LVDS引脚连接器TXD0 - TXD3连接到发射器，数据时钟输入到TXCLK，参考时钟连接到两个SMA REFCLK输入。SLK2501将数据序列化并在高速串行对上传输，串行TX数据回环到接收器侧，设备将其反序列化并在接收侧呈现数据。

3.3 使用PRBS模式发生器的内置自测试

当没有并行BERT时，可利用设备的内置测试模式。当PRBSEN引脚拉高时，发送伪随机位模式（(2^{7}-1)模式），该引脚还将接收器置于检测有效PRBS模式的正确模式。有效模式由PRBSPASS引脚拉高指示，此测试仅验证设备和系统互连的高速串行部分。

3.4 使用串行BERT检查串行接口

串行BERT可验证SLK2501内部PRBS模式发生器生成的PRBS传输数据，相反方向的数据流可由串行BERT生成相同的(2^{7}-1)模式驱动。SLK2501接收器通过拉高PRBSPASS引脚来指示正确接收数据。

3.5 使用串行BERT和随机模式检查串行接口

与上一种情况类似，使用串行BERT传输随机数据，这些数据输入到SLK2501串行输入，在内部恢复后再发送回同一SLK2501的串行输出，串行接收器BERT可验证模式。

3.6 仅发射器测试

将模式应用于设备的四位并行输入，将SLK2501设置为仅发射模式，设备将应用的数据传输到串行输出，使用串行BERT验证发射模式。

3.7 仅接收器测试

将SLK2501设置为接收模式，将高速串行字节应用于SERDES的接收器输入，恢复的字节将出现在接收器的并行输出。当FRAME_EN启用时，SLK2501每125µs搜索一次A1A1A1A2重复模式，若找到该模式，FSYNCH输出将在一个LVDS位时间内拉高。

3.8 双设备通信测试

板对板通信链路是在类似系统环境中评估SLK2501的实用方法。可使用并行BERT或逻辑分析仪提供和监控收发器对的信号。两个REFCLK源在异步操作时频率需在150 PPM内一致，否则PLL将指示失锁并拉高LOL引脚。同步操作可通过使用BERT或同步脉冲发生器为两个板提供REFCLK输入来实现。

3.9 光模块在回环中的使用

此设置用于测试光互连对整体性能的影响。SLK2501使用与串行回环部分基本相同的设置，只需移除连接SMA连接器到SLK2501串行I/O的所有电容，然后用四个电容将SLK2501的串行I/O连接到光模块的PECL I/O。

四、附录：原理图、板布局和建议的光学及电缆组件规格

附录包含了SLK2501EVM发射器和接收器板的原理图、物料清单、板布局以及建议的光学和电缆组件规格。这些资料对于深入了解和设计该评估模块非常有帮助。

通过以上对SLK2501 Serdes评估模块的详细介绍，相信大家对其设计、配置和测试有了更清晰的认识。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求选择合适的测试方案，以充分发挥该模块的性能。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。