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什么是SLVS以及SLVS信号传输距离

关键词:ST60芯片 SLVS PCB

时间:2022-05-19 10:40:34      来源:STM32单片机

综上所述,如果是简单的FR4 PCB走线,在5Gbps速率时,在使用ST60中SLVS走线长度最长可以到30cm。如果SLVS是经过多PCB板和接插件的复杂情况,需要在ST60的SLVS接收端用示波器测量眼图,使得眼图满足抖动200mV的要求。还有一种情况,SLVS信号通过射频电缆或者是高速线缆传输,比如通过USB3.0线缆作为物理传输介质,损耗会明显降低,相应地传输距离会更大。

我们初次接触ST60芯片时,经常会接触一个名词:SLVS。

ST60的datasheet里也经常会看到Differential SLVS信号如何如何。SLVS其实是Scalable low voltage signaling的缩写。Differential SLVS翻译过来就是电平可调整的低压差分信号。ST60的datasheet里有如下图描述SLVS信号的参数:


SLVS Receiver性能参数


SLVS Driver性能参数

从上面两幅图片里我们可以看到,SLVS Driver输出的单端电平80mV-300mV,差分电平160mV-600mV。SLVS果然是电平Scalable可调整的。只是芯片出厂时已经在寄存器里预先写好了输出电平是单端200mV,差分400mV。如果需要调整到更高或者更低的输出电平,就需要改写寄存器才能实现。SLVS Receiver接收端的电平范围是单端100mV-300mV,差分200mV-600mV。也就是说SLVS RX的最小接收门限是单端100mV,差分200mV。信号再小,传输有可能出现误码。SLVS信号线上最高传输6.25Gbps高速信号,PCB板上差分走线需要做阻抗控制:差分100ohm。

在实际的工程项目中,SLVS走线很可能要经过多个PCB板,排线,接插件。如下图笔记本的项目,ST60安装在笔记本上边框位置,SLVS走线要经过屏幕板,铰链,主板连接到CPU上,这其中可能还要经过若干FPC,接插件等。这些会对SLVS信号带来哪些影响?SLVS支持的最大走线长度是多少?

ST60的SLVS接收电路对抖动的要求是<0.375UI。如下图所示:



再结合SLVS检测门限最小差分200mV,可以得到如下的SLVS接收端眼图要求:

长的SLVS走线对信号完整性有如下几个影响:

01 信号衰减。

越长的PCB走线对信号的衰减越大。如下图所示,ST60接收器芯片的SLVS Driver输出端连接一段差分PCB走线(这里以常用的FR4板材为例),用示波器分别测量PCB输入端波形和PCB输出端波形,来看一看不同长度PCB走线对于SLVS信号的影响。SLVS Driver输出差分电平设为缺省值400mv。

如下图红框所示在5Gbps信号情况下,PCB走线长度20mm时,接收信号的眼高是380mV,当PCB走线长度是300mm时,接收信号的眼高已经衰减到210mV,这已经接近SLVS检测门限。当PCB走线长度500mm时,接收信号眼高衰减到100mV,此时SLVS Receiver已经不能正常工作。

02 对抖动的影响。

长的PCB走线会带来更多的热噪声,这会增加抖动。如上图蓝框所示,5Gbps速率时,PCB走线长度从20mm变到300mm,抖动从0.8ps增加到13ps。5Gbps信号0.375UI抖动门限是75ps。300mm的PCB走线带来的13ps抖动虽然远远小于75ps,但这仅仅是PCB走线引起的抖动。实际情况,如上面笔记本项目,SLVS走线很可能会经过几个电路板、接插件,难免会带来串扰、不连续等效应,实际抖动情况远比简单的PCB走线严重。

03 分布电容、电感引起的上升沿下降沿变平缓。

分布的电容电感形成低通滤波器。陡峭的上升沿、下降沿是高频分量集中的地方,SLVS信号通过长的PCB走线会把部分高频分量过滤掉。使得陡峭的上升沿下降沿变平缓。如下图所示,长的PCB走线会把左边的陡峭边沿信号变成右边的平缓边沿信号。

04 长的PCB走线经过多个接插件,PCB板难免会遇到阻抗不连续的情况。阻抗不连续会引起多次反射,在信号完整性上产生过冲,振铃现象。

综上所述,如果是简单的FR4 PCB走线,在5Gbps速率时,在使用ST60中SLVS走线长度最长可以到30cm。如果SLVS是经过多PCB板和接插件的复杂情况,需要在ST60的SLVS接收端用示波器测量眼图,使得眼图满足抖动<0.375UI,眼高>200mV的要求。还有一种情况,SLVS信号通过射频电缆或者是高速线缆传输,比如通过USB3.0线缆作为物理传输介质,损耗会明显降低,相应地传输距离会更大。

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