JESD204B发射器的PHY性能的三个关键性能指标详解

随着JESD204接口更多地被数据转换器所采用，急需对其性能加以重视，并优化数字接口。重点不应只放在数据转换器的性能上。该标准的最初两个版本，即2006年发布的JESD204和2008年发布的JESD204A，其额定数据速率为3.125 Gbps。最新的版本为2011年发布的JESD204B，列出了3个速度等级，最大数据速率为12.5 Gbps。这三个速度等级遵循三个不同的电气接口规范，由光互连论坛(OIF)定义。OIF-Sx5-01.0针对最高3.125 Gbps的数据速率，详细定义了电气接口规范；CEI-6G-SR和CEI-11G-SR则分别对应最高6.375 Gbps和12.5 Gbps的数据速率，并详细定义了接口规范。高速数据速率需要更为谨慎地从设计与性能方面考虑高速CML驱动器、接收器和互连网络，这些器件构成JESD204B接口的物理层(PHY)。

若要评估JESD204B发射器的PHY性能，则需评估一些性能指标。这些指标包括共模电压、差分峰峰值电压、差分阻抗、差分输出回损、共模回损、发射器短路电流、眼图模板和抖动。

本文将讨论三个关键的性能指标。这些指标通常用于评估发射器信号质量、眼图、浴盆图和直方图。由于信号必须在接收器端被正确解码，这些测量亦在接收器端完成。眼图覆盖输出数据传送的多路采集路径以生成曲线，以多种参数表示链路质量。可通过该曲线观察JESD204B物理接口的许多特性，如阻抗不连续和不当端接。这仅是评估物理层的一种方法。浴盆图和直方图是可用来评估JESD204B链路质量的另外两种重要性能指标。测量单位间隔(UI)时，浴盆图可直观地表示针对给定眼图开口宽度的比特误差率(BER)。单位间隔是JESD204B物理层规范中指定的时间，表示数据传输的时间间隔。第三个测量数据是直方图，表示被测UI值变化的分布。该测量数据还可表示被测信号的抖动量。直方图、眼图和浴盆图可用于表示JESD204B接口物理层的整体性能。本例采用输出数据速率为5.0Gbps的JESD204B发射器。该数据速率下发射器的性能由OIF CEI-6G-SR规范详细定义。

眼图

图1表示5.0Gbps数据速率的JESD204B发射器眼图。理想波形与测量波形相叠加。理想情况下，传输应在无过冲或欠冲的情况下瞬间完成，不产生任何振铃。此外，决定UI的交叉点应当不存在抖动。如图1所示，由于信号在非理想介质中传输，存在损耗与不完全匹配的端接，因此在实际系统中不可能获得理想波形。该眼图在JESD204B系统的接收器端测得。在到达测量点之前，信号通过连接器、经长度约为20cm的差分传输线传输。这幅眼图表示发射器和接收器之间的阻抗匹配较为合理，传输介质良好且无较大的阻抗不连续产生。它确实存在一定的抖动，但不超过JESD204接口规范中的定义。该眼图未发现任何过冲，但由于减缓信号在传输介质中的传输，上升沿存在微量欠冲。这在信号通过连接器和20cm差分传输线之后是可以预期的。当信号存在少量抖动时，UI平均值似乎与大致为200ps的预期UI值相匹配。总之，该眼图表示传输至接收器的信号良好，因此，理应不存在恢复内嵌的数据时钟和正确解码数据的问题。

 

 

图1：5.0 Gbps眼图。

除端接阻抗不正确之外，图2所示眼图的传输介质与图1中所使用的相同。其造成的影响可从交点处以及非转换区域的信号抖动量增加看出。许多采集的数据中存在整体幅度压缩，造成眼图开始闭合。这种信号恶化将使得接收器的BER增加；若眼图的闭合程度超过接收器的容差，则可能导致接收器端的JESD204B链路丢失。

 

 

图2：5.0 Gbps眼图–不当端接。

图3中的眼图表示另一种非理想数据传输的情况。该情况下，在发射器和接收器中间某点上显示存在阻抗不连续(本例中为示波器)。由图中可看出性能的恶化：眼图开口趋向闭合，表示转换点内部区域正逐渐变小。数据上升沿和下降沿由于传输线上的阻抗不连续而严重恶化。阻抗不连续还会造成数据转换点的抖动量增加。一旦眼图闭合超过接收器解码数据流的能力极限，则数据链路丢失。图3这种情况下，许多接收器将可能无法解码数据流。

 

 

图3：5.0Gbps眼图–阻抗不连续