高速串行數據收發(fā)器CY7B923/933及應用

串行數據傳輸可實現長距離高速通信，且電纜線少、成本低、安裝方便，在計算機網絡中得到了廣泛應用，并日趨成為長距離數據通信的主要方式。CYPRESS公司的數據收發(fā)器CY7B923/933使用方便、可靠性好，可廣泛用于長距離高速點對點串行通信中，如光纖通信設備、工作站與海量存儲互連、視頻點播、語音圖像多媒體傳輸設備及其它長距離高速串行通信場合。CY7B923/933性能特點如下：

·適用于Fibre Channel、IBM ESCON、ATM；

·8B/10B編碼傳輸或不編碼直傳，傳輸速為160、330、400Mbps三檔；

·最大傳輸距離（330Mbps的參考值）為：光纖幾千米，同軸電纜150米，屏蔽雙絞線80米，非屏雙絞線40米；

·具有較強的自檢功能；

·單一+5V電源；

·TTL同步I/O。

1 結構原理及功能

圖1是CY7B923的邏輯方塊圖，其功能是將8bit并行TTL輸入數據（D0～D7）轉換為PECL串行差分位流輸出。輸入寄存器用于輸入數據，同序與標準FIFO一致，使能端ENA和ENN可選擇時鐘上升沿寫入數據。輸入數據由編碼器編碼為便于串行鏈路傳輸的8B/10B傳輸碼，由SC/D（專用字/數據）端電平控制，將D0～D7輸入編成數據碼或專用字碼。時鐘發(fā)生器含有一個鎖相環(huán)PLL，將發(fā)送器時鐘CKW（數據按字節(jié)輸入的時鐘）十倍頻形成位時鐘，驅動移位寄存器。移位寄存器將數據變成串行位流，分三路同時輸出，FOTO可關閉OUTA和OUTB輸出。自檢邏輯產生通信系統(tǒng)自檢用發(fā)送信號。

圖2 是CY7B933的邏輯方塊圖，其功能是將INA或INB的PECL串行差分輸入位流轉換為8bit并行TTL數據輸出Q7～Q0。時鐘同步器內嵌鎖相環(huán) PLL跟蹤輸入數據位流的頻率，產生與發(fā)送時鐘同步的時鐘。移位寄存器按位接收串行數據，在同步時鐘作用下將數據按位送往成帖器。成帖器使位流數據正確地為原始數據或專用字，用RVS=H作數據違規(guī)或RD（Running Disparity）錯的報錯信號。串/并轉換后的數據從輸出寄存器Q7～Q0并行輸出。

2 工作模式及8B/10B編碼

CY7B923/933有編碼、直傳兩種工作模式及自檢模式，由MODE、BISTEN端信號控制。

2.1 編碼模式

MODE =1，收發(fā)送器工作于8B/10B編碼模式，即8位數據或專用字由7B923編碼為10位的傳輸碼再逐位傳送。10位傳輸碼包括了所有256個8位組合，這些代碼符合ANSI X3.230（Fibre Channel）及IBM ECSON Channel規(guī)范。使用傳輸碼的優(yōu)點是：（1）使傳輸過程1與0的數目均衡，每個8B的數據或專用字對應兩個10B的傳輸碼，用參數RD表征傳輸1及0 的狀況。若1比0多則RD取正值，下一個字節(jié)發(fā)送0的狀況。若1比0多則RD取正值，下一個字節(jié)發(fā)送0比1多的傳輸碼。反之，則RD取負值，下次發(fā)送1比 0多的傳輸碼，這樣可保證傳輸的直流成分接近0，基線漂移減至最??；（2）附加位能保證串行位流中有足夠的躍變，使接收器能從這些躍變中恢復發(fā)送時鐘；（3）這種編碼大大增加了探測位錯或多位錯的可能性，一些專用字使用獨特的位組合，容易識別，可幫助接收器數據成幀；（4）可用同種編碼傳輸數據或專用字。若為數據，SC/D端應加低電平，編碼使用數據字符集，專用字符包含Fibre Channel、ESCON和其它專用系統(tǒng)以及用于診斷的所有協(xié)議字符。診斷字符可用于測試Fibre Channel等的連接、診斷系統(tǒng)對故障的響應、系統(tǒng)的時序等。8B數據或專用字編碼為10B傳輸碼通過查編碼表實現。對應于RD正負兩種取值，每個數據或專用字有兩種編碼，發(fā)送器先取正或負值為RD初值，根據要發(fā)送的數據或專用字及當前的RD值，查8B對應的10B代碼即實際發(fā)送的傳輸碼，并計算該傳輸碼的RD值作為當前值，與下個要傳送數據共同查表確定下一個傳輸碼。

2.2 直傳模式

MODE=H，收發(fā)送器工作于直傳模式，即收發(fā)送器直接傳輸數據不編碼，編碼和解碼由外部協(xié)議控制器完成。輸入分成10位，數據需預先編碼，編碼方式任意，但需保證有足夠的躍變密度（每10位至少一次），使接收器鎖相環(huán)能正確鎖定相位，且編碼需與傳輸介質兼容。

無論是編碼模式還是直傳模式，若處于空閑狀態(tài)（時鐘CKW上升沿時ENA=ENN=H），編碼器將自動插入同步字K28.5（即C5.0）以保證接收器與發(fā)送器處在同步狀態(tài)。

2.3 自檢模式

BISTEL =1，收發(fā)送器工作于自檢模式，7B923可分別發(fā)送兩種信號來檢測整個通信鏈路是否正常：一種是1與0相間的連續(xù)信號；另一種是循環(huán)發(fā)送的偽隨機序列信號。若為后者，7B923輸入寄存器轉換成線性反饋移位寄存器LFSR，它可產生一組511個字節(jié)的偽隨機代碼序列，包括了所有的數據字和專用字。 7B933將輸出寄存器也變成LFSR，產生與發(fā)送器相同的偽隨機代碼序列，并與接收的序列相比較。若相同，則整個通信系統(tǒng)工作正常，否則為異常，使 RVS=H給出錯誤信號。每次循環(huán)，7B923的RP及7B933的RDY都將輸出一脈沖，此脈沖可用于記錄循環(huán)次數以控制自檢時間。7B923還可發(fā)送違規(guī)信號，以檢測報錯系統(tǒng)是否正常。這些信號都大大方便了故障診斷。

3 CY7B923/933應用電路

圖3 為采用CY7B923/933實現的單向數據傳輸的應用電路。主機發(fā)送控制命令，通過控制邏輯控制CY7B923/933工作在傳輸或自檢模式。這里控制邏輯用FPGA實現，也可采用其它數據邏輯器件實現?？刂齐娐窇琑P、RVS端的檢測，以判斷系統(tǒng)工作正常與否，及時進行錯誤處理。主機數據傳輸速度一般與CY7B923/933不一致，發(fā)送端及接收端都需設置數據緩存，緩存一般用FIFO，我們采用CYPRESS公司的CY7C45系列，它可與 CY7B923/933組成無縫接口。若用FIFO的標志位作控制信號，則應注意標志延遲時間。CY87B933的輸出信號CKR，可作為其輸出數據寫入 FIFO垢時鐘，RDY可作寫FIFO使能信號，使用RDY的優(yōu)點是同步字串到它無效，自動濾除同步字串，這就保證了只將有獎懲數據寫入FIFO，避免同步字將FIFO填滿。電路板設計應采用四層板，CFY7B923/933的位置應靠近雙絞線接口使連線最短，連線長度應盡量保持對稱。輸出輸入端都應接匹配電阻，如圖3所示。R1、R2阻值由下式給出：R1=(VccRt)/Vtt;R2=(VccRt)/(Vcc-Ctt)。式中，Rt為傳輸線阻抗；Vtt=Vcc-2V。Vcc=5V，UTP雙絞線阻抗為100Ω，則R1=183Ω,R2=275Ω。

作者在一VME總線長距離高速點對點串行通信系統(tǒng)中，采用最大數據傳輸率為330Mbps的標準CY7B923/933ey UTP雙絞線，實現了400Mbps的串行數據傳輸，工作穩(wěn)定可靠，誤碼率小于10 -10。該工作是在中科院高物理研究所過雅南研究員、趙棣新研究員的指導下完成的，在此表示衷心地感謝！