高性能SERDES及其在CPRI接口的應(yīng)用分析

圖6 TLK3132內(nèi)部鎖相環(huán)環(huán)路帶寬

2.5PRBS測試
TLK3132支持PRBS碼的產(chǎn)生和驗(yàn)證，便于系統(tǒng)定位鏈路故障，提高設(shè)備的可維護(hù)性。TLK3132內(nèi)部有兩套PRBS測試方法，一個(gè)在SERDES Core內(nèi)部（通過寄存器0x9011/0x9012配置），該測試一般是只針對(duì)生產(chǎn)測試，且控制性能受限，在電路設(shè)計(jì)中一般不用該功能；另一個(gè)是SERDES Core外面（圖1所示），支持 PRBS測試多項(xiàng)式是，可以通過寄存器配置（0x10）或外部引腳PRBSEN邏輯控制打開或關(guān)閉。此外，PRBS驗(yàn)證時(shí)可通過GPO[1:0]管腳監(jiān)控PRBS測試誤碼情況，也可訪問寄存器0x1D讀取誤碼數(shù)（當(dāng)讀取該寄存器后，將從新開始誤碼計(jì)數(shù)）。

2.6MDIO接口和寄存器訪問
TLK3132內(nèi)部寄存器訪問通過MDIO管理接口實(shí)現(xiàn)（遵循IEEE 802.3 Clause 22規(guī)格），包括管理數(shù)據(jù)時(shí)鐘（MDC）和管理數(shù)據(jù)輸入輸出（MDIO）。由于Clause 22直接尋址寄存器空間限制，TLK3132增加了一些擴(kuò)展寄存器，故支持兩種尋址方式：

直接尋址：主要包括與物理層相關(guān)的鏈路配置，地址空間分布在0x00~0x1F，PA[0]的高低電平?jīng)Q定對(duì)TLK3132的CH0通道或CH1通道進(jìn)行操作；
間接尋址：TLK3132的一些擴(kuò)展功能訪問，如內(nèi)部時(shí)鐘配置、I/O性能配置等。地址空間分布在0x9000~0x9900，不同通道的功能有獨(dú)立的寄存器進(jìn)行配置。通過間接地址訪問寄存器，需要先把寄存器地址寫到0x1E地址，然后把相應(yīng)的控制字寫到0x1F地址或從0x1F地址讀取相應(yīng)的寄存器值。
3TLK3132在CPRI接口的應(yīng)用
為了處理射頻模塊拉遠(yuǎn)技術(shù)中基帶單元和射頻單元的光纖鏈接，國際上成立兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織：一個(gè)是CPRI （Common Public Radio Interface），在2003年由華為、愛立信、NEC、西門子和北電發(fā)起成立的組織，致力于基帶、射頻接口的標(biāo)準(zhǔn)化；另一個(gè)是OBSAI (Open Base Station Architecture Initiative)，由諾基亞、LG電子、三星電子等成立的聯(lián)盟。二者都定義了使基帶和射頻分離的標(biāo)準(zhǔn)化接口，也就是將宏基站分為基帶單元BBU和遠(yuǎn)端射頻單元RRU兩部分，BBU和RRU之間傳送I/Q數(shù)據(jù)和控制管理數(shù)據(jù)，其信號(hào)格式就是CPRI或者OBSAI所定義的標(biāo)準(zhǔn)接口。本文以CPRI接口為例，詳解TLK3132在射頻模塊拉遠(yuǎn)技術(shù)中的應(yīng)用。

3.1CPRI接口
CPRI接口在傳輸用戶界面定義了物理層layer1和數(shù)據(jù)鏈路層layer2兩層協(xié)議。在物理層中，將上層接入點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并/并串轉(zhuǎn)換，以及物理層的編解碼（CPRI接口推薦采用8B/10B，遵循IEEE 802.3 2005 Clause36建議）；在數(shù)據(jù)鏈路層，對(duì)上層接入點(diǎn)的I/Q數(shù)據(jù)、物理層協(xié)議數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)（包括以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、高層數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)）和廠家自定義的控制信息等進(jìn)行相應(yīng)的處理。

目前CPRI有三種建議的鏈路速率，分別是614.4Mbps、1228.8Mbps、2457.6Mbp。在發(fā)送側(cè)，把I/Q數(shù)據(jù)、控制協(xié)議信息、同步信息等復(fù)用為CPRI幀結(jié)構(gòu)信息，經(jīng)過物理層的8B/10B編碼后，通過光纖長距離傳播（幾公里到幾十公里）；在接收側(cè)，CPRI幀信號(hào)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后經(jīng)過8B/10解碼成相應(yīng)的I/Q數(shù)據(jù)和控制協(xié)議信息，交由上層數(shù)據(jù)鏈路處理。

CPRI幀分成基本幀單元和超幀單元。基本幀單元的幀頻是3.84MHz，包括16個(gè)字（表示為W=0…15，其中W0為控制字，后15個(gè)字為I/Q數(shù)據(jù)），根據(jù)不同的鏈路速率，字的長度分別為8bits、16bits（如圖7所示）、32bits。超幀單元是由256個(gè)基本幀單元組成，其中，第1個(gè)基本幀單元里的控制字寫入K28.5標(biāo)志作為超幀的同步控制信息，其余的255個(gè)基本幀單元里的控制字包含控制和管理字（CM）、廠商自定義控制字等，并預(yù)留一些控制字。

圖7 線速率1228.8Mbps的CPRI基本幀結(jié)構(gòu)

在高速數(shù)據(jù)鏈路通信中，抖動(dòng)指標(biāo)是非常關(guān)鍵的，CPRI接口相應(yīng)推薦了高速串行信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)規(guī)格。在SERDES發(fā)送側(cè)，CPRI要求的眼圖模板如圖8所示。

圖8 CPRI接口發(fā)送輸出眼圖模板（E.x.LV）