深入解析SCAN921260：高性能1:10解串器的技術(shù)奧秘與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，解串器作為數(shù)據(jù)傳輸與處理的關(guān)鍵組件，其性能和功能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們將聚焦于德州儀器（TI）的SCAN921260解串器，深入探討其特性、工作模式、電氣參數(shù)以及應(yīng)用要點(diǎn)，為電子工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供全面而深入的參考。

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一、SCAN921260概述

SCAN921260是一款高度集成的解串器芯片，它將六個(gè)1:10解串器整合于一體，能夠同時(shí)對(duì)多達(dá)六條由TI的SCAN921023總線LVDS串行器序列化后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解串操作。此外，該芯片還配備了第七個(gè)串行輸入通道，作為冗余輸入，為系統(tǒng)提供了N + 1冗余能力，大大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

主要特性

1. IEEE 1149.1（JTAG）兼容性與全速BIST測(cè)試模式：支持標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描測(cè)試，方便進(jìn)行互連測(cè)試和故障診斷。
2. 多通道解串能力：可同時(shí)處理多達(dá)六條數(shù)據(jù)流，每個(gè)解串器模塊獨(dú)立運(yùn)行，擁有自己的時(shí)鐘恢復(fù)電路和鎖檢測(cè)信號(hào)。
3. 高并行時(shí)鐘速率：片上并行時(shí)鐘速率最高可達(dá)66 MHz，滿足高速數(shù)據(jù)處理需求。
4. 單電源供電：采用單一的+3.3V電源供電，估計(jì)功耗為1.2W（在3.3V和PRBS - 15模式下），降低了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
5. 工業(yè)級(jí)溫度范圍：能夠在 - 40°C至 + 85°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

二、電氣參數(shù)與性能指標(biāo)

絕對(duì)最大額定值

在使用SCAN921260時(shí)，必須嚴(yán)格遵守其絕對(duì)最大額定值，以確保器件的安全和可靠性。例如，電源電壓（Vcc）的范圍為 - 0.3V至 + 4V，LVCMOS/LVTTL輸入和輸出電壓范圍為 - 0.3V至3.9V等。這些參數(shù)規(guī)定了器件能夠承受的極限條件，超出這些范圍可能會(huì)導(dǎo)致器件損壞。

推薦工作條件

為了使SCAN921260達(dá)到最佳性能，建議在推薦的工作條件下使用。例如，電源電壓（Vcc）的推薦值為3.0V至3.6V，典型值為3.3V；工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C；時(shí)鐘速率范圍為20 MHz至66 MHz。

電氣特性

SCAN921260的電氣特性涵蓋了LVCMOS/LVTTL直流規(guī)格、Bus LVDS直流規(guī)格、電源電流、時(shí)序要求以及解串器的開(kāi)關(guān)特性等多個(gè)方面。這些參數(shù)詳細(xì)描述了器件在不同工作條件下的電氣性能，對(duì)于電路設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化至關(guān)重要。例如，LVCMOS/LVTTL輸入的高電平輸入電壓（VIH）最小值為2.0V，低電平輸入電壓（VIL）最大值為0.8V；Bus LVDS接收器的差分閾值高電壓（VTH）范圍為 + 3mV至 + 50mV等。

三、工作模式與狀態(tài)

初始化

在SCAN921260開(kāi)始接收和解串?dāng)?shù)據(jù)之前，需要進(jìn)行初始化操作。初始化的主要目的是使解串器和發(fā)送端的串行器的PLL與本地時(shí)鐘同步。具體步驟包括：上電后，輸出處于三態(tài)，片上電源排序電路禁用內(nèi)部電路；當(dāng)Vcc達(dá)到2.1V時(shí)，每個(gè)解串器的PLL開(kāi)始鎖定本地時(shí)鐘（REFCLK）；解串器的PLL需要與串行器同步，識(shí)別同步模式或隨機(jī)數(shù)據(jù)中的上升時(shí)鐘沿，并在80個(gè)時(shí)鐘周期后與串行器的數(shù)據(jù)流同步。當(dāng)解串器的PLL鎖定嵌入式時(shí)鐘時(shí)，LOCKn引腳變?yōu)榈碗娖?，輸出出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸

初始化完成后，串行器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇獯?。串行?shù)據(jù)流包含由串行器附加的起始位和停止位，用于幀定10位數(shù)據(jù)。起始位始終為高電平，停止位始終為低電平，它們還作為嵌入在串行流中的時(shí)鐘位。串行器以TCLK頻率的12倍傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘位，而實(shí)際的有效數(shù)據(jù)速率為TCLK頻率的10倍。當(dāng)解串器通道與串行器的輸入同步時(shí)，其LOCKn引腳變?yōu)榈碗娖?，同步輸出有效?shù)據(jù)。

重新同步

如果解串器在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中失去鎖定，它將自動(dòng)嘗試重新同步。系統(tǒng)可以選擇讓解串器自動(dòng)重新同步到數(shù)據(jù)流，或者通過(guò)脈沖串行器的SYNC1或SYNC2引腳來(lái)強(qiáng)制同步。一種推薦的方法是使用LOCKn引腳提供反饋回路，控制串行器的同步請(qǐng)求。

掉電模式

掉電模式是一種低功耗睡眠模式，解串器在等待初始化或無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)通常進(jìn)入此模式。當(dāng)PWRDN引腳被拉低時(shí)，解串器進(jìn)入掉電模式，此時(shí)PLL停止工作，輸出變?yōu)槿龖B(tài)，電源電流降低到微安級(jí)別。要退出掉電模式，系統(tǒng)將PWRDN引腳拉高，解串器進(jìn)入初始化狀態(tài)。

三態(tài)模式

當(dāng)系統(tǒng)將REN引腳拉低時(shí)，解串器進(jìn)入三態(tài)模式，此時(shí)接收器輸出引腳（ROUT[00:59]）和RCLK[0:5]變?yōu)槿龖B(tài)。當(dāng)REN引腳被拉高時(shí)，解串器將返回之前的狀態(tài)，前提是其他控制引腳保持不變。

四、測(cè)試模式

IEEE 1149.1測(cè)試模式

SCAN921260支持符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描測(cè)試（JTAG），所有數(shù)字TTL I/O都可以通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行訪問(wèn)。進(jìn)入此測(cè)試模式將覆蓋所有輸入控制情況，包括PWRDN和REN。除了必需的測(cè)試訪問(wèn)端口（TAP）信號(hào)TMS、TCK、TDI和TDO外，還提供了TRST用于測(cè)試復(fù)位。此外，SCAN921260還提供了兩種測(cè)試LVDS互連的指令：EXTEST用于LVDS級(jí)別的通過(guò)/不通過(guò)測(cè)試；RUNBIST指令用于“系統(tǒng)速度”互連測(cè)試，在66MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘速度下，大約需要33ms完成測(cè)試。

BIST單獨(dú)測(cè)試模式

SCAN921260還支持BIST單獨(dú)功能，無(wú)需啟用JTAG TAP控制器即可運(yùn)行。該功能允許對(duì)所有通道或單個(gè)通道進(jìn)行連續(xù)的誤碼率（BER）測(cè)試，而不會(huì)影響其他通道的實(shí)時(shí)流量。通過(guò)BIST_SEL0、BIST_SEL1、BIST_SEL2、BIST_ACT和BISTMODE_REQ這五個(gè)引腳可以訪問(wèn)BIST單獨(dú)功能。

五、應(yīng)用要點(diǎn)

噪聲容限

解串器的噪聲容限是指其能夠容忍的輸入抖動(dòng)（相位噪聲）量，以確?？煽康亟邮諗?shù)據(jù)。影響噪聲容限的因素包括串行器的TCLK抖動(dòng)、VCC噪聲、傳輸介質(zhì)的ISI和大VCM偏移以及解串器本身的VCC噪聲等。在設(shè)計(jì)中，需要充分考慮這些因素，采取相應(yīng)的措施來(lái)降低噪聲干擾。

鎖定丟失恢復(fù)

如果解串器在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中失去鎖定，最多可能會(huì)有1個(gè)周期的先前接收數(shù)據(jù)無(wú)效。這是由于鎖定檢測(cè)電路的延遲，該電路需要連續(xù)兩次接收到無(wú)效時(shí)鐘信息才能指示鎖定丟失。因此，在解串器重新鎖定到輸入數(shù)據(jù)流且LOCKn引腳變?yōu)榈碗娖胶?，至少?yīng)懷疑前一個(gè)數(shù)據(jù)周期存在位錯(cuò)誤。解串器可以通過(guò)讓串行器重新發(fā)送同步模式或隨機(jī)鎖定的方式重新鎖定到輸入數(shù)據(jù)流。

熱插拔

所有BusLVDS設(shè)備都支持熱插拔，但需要遵循一定的規(guī)則。插入時(shí)，應(yīng)確保接地引腳首先接觸，然后是VCC引腳，最后是I/O引腳；移除時(shí)，應(yīng)先拔出I/O引腳，然后是VCC引腳，最后是接地引腳。

PCB布局與電源系統(tǒng)考慮

為了為SCAN921260提供無(wú)噪聲的電源，PCB布局和堆疊設(shè)計(jì)至關(guān)重要。建議使用至少4層PCB板，包括Bus LVDS信號(hào)層、接地層、電源層和TTL信號(hào)層。同時(shí)，應(yīng)采用薄介電層（4至10密耳）來(lái)提高電源系統(tǒng)的性能。此外，還應(yīng)遵循一些常見(jiàn)的布局原則，如分離高頻或高電平輸入輸出、使用表面貼裝電容、采用雙過(guò)孔等，以減少噪聲干擾和提高信號(hào)完整性。

傳輸介質(zhì)

SCAN921260可以與串行器一起用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置，通過(guò)PCB走線或雙絞線電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置中，傳輸介質(zhì)只需在接收器端進(jìn)行端接。同時(shí)，需要考慮串行器和解串器之間的接地電平偏移問(wèn)題，以及Bus LVDS在接收器輸入端提供的±1.2V共模范圍。

故障安全偏置

SCAN921260具有內(nèi)部故障安全偏置和改進(jìn)的輸入閾值靈敏度（±50mV），相比DS92LV1210或DS92LV1212的±100mV有了顯著提升。然而，在接收器輸入未被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的情況下，這種高靈敏度可能會(huì)拾取噪聲并導(dǎo)致意外鎖定。為了防止這種情況發(fā)生，可以在接收器電路板上添加外部電阻，通過(guò)上拉非反相接收器輸入和下拉反相接收器輸入，為接收器輸入提供偏置。

六、總結(jié)

SCAN921260作為一款功能強(qiáng)大、性能卓越的解串器芯片，為電子工程師們提供了一個(gè)可靠的解決方案，適用于各種高速數(shù)據(jù)傳輸和處理應(yīng)用。通過(guò)深入了解其特性、工作模式、電氣參數(shù)和應(yīng)用要點(diǎn)，工程師們可以更好地設(shè)計(jì)和優(yōu)化電路，充分發(fā)揮SCAN921260的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求和環(huán)境條件，靈活運(yùn)用各種技術(shù)和方法，確保系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳狀態(tài)。希望本文能夠?yàn)閺V大電子工程師在使用SCAN921260進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考和指導(dǎo)。你在使用類似解串器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。