低压差分信号传输模拟交叉点开关SCAN90CP02的特点及应用分析
引言
低压差分信号传输lvds（low voltage differential signaling）是高速、低电压、低功率、低噪声通用i/o接口标准。这种信号传输使用非常小的信号幅度（典型值为350mv），通过一对平行的pcb走线或平衡电缆传输数据。这对平行差分信号线的电流及电压振幅相反，噪声同时耦合到2条信号线上。由于采用差分输入方式，输入信号只与2个信号的差值有关，因而可将共模干扰抑制掉。另外，由于2条差分信号线距离很近，电流传输方向相反，其磁场相互抵消，电场相互耦合，因而与单线传输相比，电磁辐射小得多。
lvds已广泛应用于接口器件和现场可编程门阵列（fpga）、专用集成电路（asic）中，采用lvds的系统成功实现了高速互连。然后，并非所有的lvds i/o接口都有良好的性能。例如，一些asic或fpga的lvds i/o可能不象标准器件中的lvds i/o那样适合在pcb板上驱动差分迹线（trace）。由于pcb板布局存在的问题，甚至导致设计良好的标准器件的信号传输质量变差。当用asic或fpga等作为系统核心件时，有时不可能使器件尽可能靠近连接器放置，这样会造成迹线变线、反射增大、损耗增加。为了消除互连中存在的问题，国家半导体公司推出一系列体积小巧的缓冲器。文中将对其lvds超高速交叉点开关scan90cp02的功能及应用进行介绍。
1、 scan90cp02简介
scan90cp02型电路是美国国家半导体公司推出的1.5gb/s的2x2低压差分信号传输模拟交叉点开关（crosspoint switch）。其高速数据通路和直通（flow-through）引脚可使电路内部的抖动达到最小。当信号在有损的背板和电缆上传输时，其可配置的预增强功能（0/25/50/100%可选）能克服外部isi（inter symbol interference，符号间干扰）抖动的影响。其差分输入可连接到lvds和bus lvds信号上，也可与共模逻辑（cml）和低电压正射极耦合逻辑（lvpcl）等信号电平相连。scan90cp02要用非块式交叉点结构，可配置为1:2时钟或数据分配器、2:1冗余复用器、交叉功能及用于信号增强和短线隐藏的双缓冲器。图1是scan90cp02的内部方框图。
scan90cp02集成的ieee 1149.1（jtag）和1149.6测试输入电路tap（test access port）支持单端lvttl/cmos和差分lvds pcb互连的可测试性。这些功能有助于缩短测试时间，降低测试与开发方面的成本。电路采用3.3v电源、cmos工艺和lvds i/o，确保其在整个工业级温度范围（-40℃到+85℃）内实现高性能和低功耗。
scan90cp02可以真正地消除抖动，从而提高系统的可靠性，使用户能用成本较低的线路实现互连。由于scan90cp02设有预增强功能，因此不但可以执行正常的开关功能，而且可作为缓冲器使用，以便将现有的fpga、asic及串行/解串器（serdes）等的lvds信号放大。另外，该电路的lvds输出不支持多站式（multidrop）blvds环境。
scan90cp02的特点如下：
●每通道的传输速率达1.5gb/s。
●低功耗，在双中继器模式下，最高速率时的电流仅为70ma。
●低输出抖动。
●可配置的预增强功能（0/25/50/100%）可驱动有损耗的背板和电缆。
●具有直通（flow-through）引脚引出线。
●lvds/blvds/cml/lvpecl输入，lvds输出。
●适用ieee 1149.1和1149.6标准。
●单电源3.3v供电。
●可对输入和输出进行单独控制以降低功耗。
●工业级温度范围（-40℃至85℃）。
scan90cp02采用28引脚llp封装或32引脚lqfp封装。
电路的预增强功能用于补偿远距离传输或者有损耗的传输媒质。为使功耗最小，电路为每个输出提供了独立的引脚。而且预增功能是可编程设备的。
2 、scan90cp02的应用
在笔者的设计项目中，需要用高达600mb/s的速率来传送数据，由发射机和接收机完成数据收发、调制及信道匹配等任务。为检验整个通信系统数据传输质量的好坏，笔者另外设计了一台高速误码率测试仪。该测试仪由3块电路板组成，分别是时钟产生板、发板和收板。在时钟产生板和发板上各用了一块scan90cp02，一是可使电路板上的输出信号尽可能靠近连接器，减轻板上核心电路的布线压力，使其位置放置更加自由；二是完成电平转换任务，将lvpecl电平转换成lvds电平；三是补偿走线的损耗，保证信号有较好的传输质量。该误码仪的框图如图2所示，图中重点突出了scan90cp02的连接方式。以下详细介绍该测试仪中的各种电路板。
（1）钟板。时钟板的scan90cp02配置成1:2分配器方式，en0、en1、sel0和sel1都置为低电平。时钟板产生的300mhz时钟信号为lvpecl电平，经scan90cp02转换成2路lvds电平，分别送往误码仪的发板和收板。
（2）发板。发板以xilinx公司的virtexii系列xc2v250型电路为核心，由一些外围电路和控制电路组成，完成伪码产生、数据成帧、并串变换等功能。输出的600mb/s数据和300mhz时钟经scan90cp02中断通过连接器送到发射机。scan90cp02配置成双通道中断器方式，sel1置高电平，其他控制端置电平。
（3）收板。收板以xilinx公司的virtexii系列xc2v250型电路为核心，由一些外围电路和控制电路组成。实现帧同步、数据恢复、串并变换、比较计数和误码统计显示等功能。
scan90cp02的预增强控制端采用拨码开关来选择高、低电平，以增加设计的灵活性。
3、 结束语
在许多应用中特别是用高损耗的背板及电缆连接时，一些电路（如asic和fpga等）的驱动能力往往不足，这就需要使用带有预增强功能的电路（如scan90cp02）预先将信号放大，这样不但可以保证接收器获得足够的输入信号电压，而且还可增大传输距离，改善信号质量。特别是采用lvds传输方式时，其抗干扰能力大大增强，同时也降低了电磁辐射。
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lvds已广泛应用于接口器件和现场可编程门阵列（fpga）、专用集成电路（asic）中，采用lvds的系统成功实现了高速互连。然后，并非所有的lvds i/o接口都有良好的性能。例如，一些asic或fpga的lvds i/o可能不象标准器件中的lvds i/o那样适合在pcb板上驱动差分迹线（trace）。由于pcb板布局存在的问题，甚至导致设计良好的标准器件的信号传输质量变差。当用asic或fpga等作为系统核心件时，有时不可能使器件尽可能靠近连接器放置，这样会造成迹线变线、反射增大、损耗增加。为了消除互连中存在的问题，国家半导体公司推出一系列体积小巧的缓冲器。文中将对其lvds超高速交叉点开关scan90cp02的功能及应用进行介绍。
1、 scan90cp02简介
scan90cp02型电路是美国国家半导体公司推出的1.5gb/s的2x2低压差分信号传输模拟交叉点开关（crosspoint switch）。其高速数据通路和直通（flow-through）引脚可使电路内部的抖动达到最小。当信号在有损的背板和电缆上传输时，其可配置的预增强功能（0/25/50/100%可选）能克服外部isi（inter symbol interference，符号间干扰）抖动的影响。其差分输入可连接到lvds和bus lvds信号上，也可与共模逻辑（cml）和低电压正射极耦合逻辑（lvpcl）等信号电平相连。scan90cp02要用非块式交叉点结构，可配置为1:2时钟或数据分配器、2:1冗余复用器、交叉功能及用于信号增强和短线隐藏的双缓冲器。图1是scan90cp02的内部方框图。
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3、 结束语
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