探秘SCAN921025H和SCAN921226H：高速数据传输的理想之选

在电子工程师的日常工作中，高速、可靠的数据传输一直是追求的目标。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的SCAN921025H和SCAN921226H这对高性能的10位串行器和解串器芯片组，看看它们如何在各种应用场景中大放异彩。

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产品概述

SCAN921025H和SCAN921226H专为在20 - 80 MHz的时钟速度下通过差分背板传输数据而设计，同时也能驱动非屏蔽双绞线（UTP）电缆。这对芯片组具有高温工作能力，可在高达125°C的环境下稳定运行，非常适合汽车、工业以及军事/航空航天等对可靠性要求极高的应用场景。

功能特性亮点

1. 高温稳定性：能够在125°C的高温环境下正常工作，这使得它在一些恶劣的工业和汽车环境中也能可靠运行。
2. 测试模式丰富：符合IEEE 1149.1（JTAG）标准，支持边界扫描测试，同时具备全速内置自测试（BIST）模式，方便工程师对串行器和解串器之间的互连进行高速验证。
3. 时钟恢复能力：PLL能够从随机数据模式中恢复时钟，确保数据传输的稳定性。
4. 低功耗设计：芯片组（Tx + Rx）在80 MHz时钟频率下的功耗小于600 mW（典型值），有效降低了系统的整体功耗。
5. 单差分对设计：采用单差分对数据路径，简化了PCB设计，减少了电缆、PCB走线数量和连接器尺寸，从而降低了成本，同时消除了时钟与数据以及数据与数据之间的偏斜。
6. 高速数据传输：串行总线LVDS数据速率可达800 Mbps（在80 MHz时钟频率下），满足高速数据传输的需求。

工作模式详解

初始化

在数据传输开始之前，必须对串行器和解串器进行初始化。这主要包括将两者的PLL同步到本地时钟，然后再将解串器同步到串行器。具体步骤如下：

1. 当给串行器和解串器施加 $V{CC}$ 时，相应的输出进入三态，片上上电电路会禁用内部电路。当 $V{CC}$ 达到 $V_{CC} OK$（2.5V）时，每个设备中的PLL开始锁定本地时钟。
2. 串行器的PLL锁定到发送时钟（TCLK）后，就可以根据SYNC1和SYNC2输入的电平发送数据或同步模式。同步模式由六个1和六个0组成，以输入时钟速率切换。
3. 解串器的PLL必须同步到串行器才能完成初始化。发送同步模式可以使解串器在指定时间内锁定到串行器信号。

数据传输

初始化完成后，串行器会从输入DIN0 - DIN9接收数据，并使用TCLK输入锁存数据。根据TCLK_R/F引脚的选择，确定使用哪个时钟边沿来选通数据。数据位会在内部添加起始位和停止位进行帧封装，然后以12倍TCLK频率从串行数据输出（DO±）发送序列化的数据和时钟位。

重新同步

如果解串器失去锁定，LOCK引脚输出将变为高电平，输出（包括RCLK）将进入三态。用户系统可以通过监控LOCK引脚来检测同步丢失，并通过脉冲串行器的SYNC1或SYNC2引脚来重新同步。

随机锁定初始化和重新同步

SCAN921226H可以在不需要串行器发送特殊同步模式的情况下锁定到数据流，这使得它可以在“开环”应用中工作，并且支持热插入到正在运行的背板中。不过，由于数据模式的不同，锁定时间会有所变化。

掉电模式

当不需要进行数据传输时，可以使用掉电模式来降低功耗。将PWRDN引脚驱动为低电平，串行器和解串器的PLL将停止工作，输出进入三态。

三态模式

通过将DEN引脚驱动为低电平，串行器的输出引脚将进入三态；将REN引脚驱动为低电平，解串器的输出引脚将进入三态。

测试模式

除了IEEE 1149.1对数字TTL引脚的测试访问外，SCAN921025H和SCAN921226H还提供了两种测试LVDS互连的指令：EXTEST和RUNBIST。EXTEST用于简单的通过/不通过测试，RUNBIST则是一种“系统速度”的互连测试。

电气特性与参数

绝对最大额定值

了解芯片的绝对最大额定值对于确保其安全运行至关重要。SCAN921025H和SCAN921226H的绝对最大额定值包括电源电压、输入输出电压、结温、存储温度等。例如，电源电压（Vcc）的范围为 -0.3V至 +4V，结温最高可达 +150°C。

推荐工作条件

在实际设计中，应遵循推荐的工作条件，以确保芯片的性能和可靠性。推荐的电源电压（Vcc）为3.0 - 3.6V，工作环境温度范围为 -40°C至 +125°C。

电气特性参数

文档中详细列出了串行器和解串器的各种电气特性参数，包括LVCMOS/LVTTL输入输出电压、电流、Bus LVDS输出电压、差分电压不平衡等。这些参数对于电路设计和性能评估非常重要。

应用注意事项

电源考虑

芯片采用全CMOS设计，本身具有低功耗的特性。Bus LVDS输出的恒流源特性可以最小化速度与 $ICC$ 曲线的斜率，进一步降低功耗。

解串器上电

SCAN921226H可以在任何时候按照正确的顺序上电。REFCLK输入必须在解串器上电前运行，并且在解串器检测到输入数据传输并锁定到数据流之前，输出将保持在三态。

数据传输

串行器和解串器上电后，必须进行相位锁定才能传输数据。可以通过发送同步模式或让解串器的“随机锁定”电路自动锁定到数据流来实现相位锁定。

噪声容限

解串器的噪声容限是指它能够容忍的输入抖动（相位噪声）量，各种环境和系统因素都会影响噪声容限，包括串行器的TCLK抖动、$V{CC}$ 噪声、传输介质的ISI和 $V{CM}$ 偏移以及解串器的 $V_{CC}$ 噪声等。

锁定丢失恢复

如果解串器在数据传输过程中失去锁定，由于锁定检测电路的延迟，最多可能有3个数据周期无效。解串器可以通过让串行器重新发送同步模式或随机锁定来重新锁定到数据流。

热插拔

所有BLVDS设备都支持热插拔，但在插入和移除时需要遵循一定的顺序，以确保设备的安全。

PCB设计

为了确保信号完整性，Bus LVDS串行器和解串器应尽可能靠近边缘连接器放置，减少解串器到插槽连接器的距离，以降低总线阻抗和负载。

传输介质

芯片组可以用于背板、PCB走线或双绞线电缆的点对点配置。在点对点配置中，传输介质只需在接收器端进行端接，同时需要考虑串行器和解串器的接地电平偏移问题。

故障安全偏置

SCAN921226H具有更高的输入阈值灵敏度，但在接收器输入未被主动驱动时，可能会拾取噪声导致意外锁定。可以通过在接收器电路板上添加外部电阻来防止噪声拾取。

总结

SCAN921025H和SCAN921226H芯片组凭借其丰富的功能特性、可靠的性能和低功耗设计，为电子工程师在高速数据传输应用中提供了一个理想的解决方案。在实际设计过程中，我们需要充分了解其工作模式、电气特性和应用注意事项，以确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地使用这对芯片组，在项目中取得更好的成果。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。