高速基板用シリアライザICのオプション

シリアライザICは、コンピュータ周辺機器、ネットワーキング機器、高解像度マルチメディア、その他の高速デジタルシステムの背後で静かに動作している、しばしば見過ごされがちなコンポーネントの一つです。異なる場所間でのデータの迅速な移動はデジタルシステムの性能にとって重要であり、シリアライザICコンポーネントは高速でデータを移動させる上で重要な役割を果たします。

高速チャネルにおけるシリアライザIC

高速デジタルチャネルは多くの形を取りますが、最も一般的な形はSerDesチャネル（シリアライザ/デシリアライザ）です。これらのチャネルで使用されるコンポーネントは、並列データストリームをより少ない数のチャネルに圧縮し、高いデータレートで動作させます。SerDesチャネルの一般的な表れは、送信コンポーネント（シリアライザ）が並列データストリームを単一のシリアルデータストリームに減少させるものです。一部のシリアライザICは、入力並列データストリームをより少ない数の並列チャネルに減少させます（下記に例を示します）。

長いリンクのためにチャネル数を減らすことは、基板スペースを節約し、クロストークを排除または減少させます。これにより、より長いリンクをルーティングでき、チャネル損失は挿入損失によって支配されるようになります。受信側では、データが受信され、等化によって補償され、出力インターフェースで再び並列データに変換されます。

SerDesチャネルの概略図

高速リンク用のシリアライザICを選択する際に考慮すべき基本的な仕様がいくつかあります。

• 入出力インターフェース：入力データは、単一エンド信号（例：LVCMOS/LVTTL）または差動ペア（例：LVPECL）としてこれらのコンポーネントにルーティングできます。一般的な出力インターフェースはLVDSです。
• データレート：一部のシリアライザは、入力の調整または外部MCUを使用して、設定可能なデータレートを持っています。
• クロックスタイル：システムクロックは高速デジタルシステムには理想的ではないため、ソース同期または埋め込みクロッキングがシステム全体でクロック信号をルーティングするために使用されます。
• チャネルプリエンファシス：これは、シリアライザICを選択する際に考慮すべき重要な点です。送信側でプリエンファシスを適用することで、設計されたチャネル損失の一部を克服し、より長いリンクを提供します。
• 立ち上がり時間：出力信号の立ち上がり時間は、チャネル損失と分散をモデリングする際に重要です。これにより信号帯域幅が決定され、膝周波数を使用して計算できます。
• 入出力チャネル：シリアライザは多数の並列チャネルをより少ない数のシリアルチャネルに圧縮することを忘れないでください。入出力チャネルの数を確認してください。

上記の仕様は、チャネルの受信側（デシリアライザー）でも重要です。より高度なSerDesトランシーバーは、半二重または全二重通信を使用する多レベル信号を使用しています。しかし、よりシンプルなシリアライザICでも高データレートを提供し、特に高速ネットワーキングや高解像度ビデオなど、多くのシステムでその場を維持しています。

高速シリアライザICのオプション

以下に示されているコンポーネントはよりアプリケーション固有のものですが、一般的な目的に近いシリアライザーを見つけることもできます。これが高速シリアルリンクを構築するための出発点です。受信側では、デシリアライザーが必要になり、データを並列に戻し、標準インターフェースを介して出力します。長いチャネルリンクを扱っている場合、一部のコンポーネントはチャネル等化を提供し、スキュー、挿入損失、インターシンボル干渉などの効果が受信側で補償されます。以下のコンポーネントを見て、いくつかのシリアライザICの例を確認してください。

Texas Instruments, DS32ELX0421SQE

Texas InstrumentsのDS32ELX0421SQEは古いコンポーネントですが、今日でも光ファイバーや銅（例えば、小規模なスイッチやルーター）を介した低速ネットワーキング機器で有用です。このコンポーネントは5ビットDDR LVDS並列インターフェースから3.125 Gbpsを提供します。統合されたLVDS終端を含んでおり、チャネルに簡単に組み込むことができます。一つの応用例は、高スループットが必要なFPGA間リンクです。DS32ELX0421SQEデータシートからの例を以下に示します。

DS32ELX0421SQEデータシートからのアプリケーション例。

Maxim Integrated, MAX9291GTN+

Maxim IntegratedのMAX9291GTN+シリアライザICは、マルチメディアアプリケーションに理想的なマルチギガビットSerDesインターフェースです。これは特定のアプリケーション用に設計されたシリアライザICの一例で、このコンポーネントはHDMI入力をギガビットマルチメディアシリアルリンク（GMSL）出力に変換します。制御、オーディオ、およびビデオ信号を少なくとも15 mの50Ω同軸または100Ωシールドツイストペア（STP）ケーブルを介して送信できます。このコンポーネントは、I2C通信を介してリモートエンドの周辺機器を制御するためにも使用できます。

受信側では、MAX9286GTN/V+デシリアライザを使用して並列データを取得できます。両コンポーネントのデータレートは、各チャネルで9.6 kbpsから1 Mbpsまで変更でき、両コンポーネントはマイクロコントローラーでプログラム可能です。MAX9291GTN+データシートで詳細をご覧ください。

MAX9291GTN+ シリアライザICの評価ボード。

テキサス・インスツルメンツ、DS90CR485VS

テキサス・インスツルメンツのDS90CR485VS 10 Gbps シリアライザICは、時を経てもなお優れた性能を発揮し続ける古いコンポーネントの一つです。48-in/8-outのデータ伝送（24 LVCMOS/LVTTL ダブルエッジ入力）を6.384 GbpsのLVDS経由で提供します。このコンポーネントは、受信側でDS90CR486VS デシリアライザとペアになります。このコンポーネントは、長距離チャネルやケーブル負荷効果を克服するためのプリエンファシスを組み込んでいます。このコンポーネントは並列クロッキングを使用しており、ソース同期システムで役立ちます。

DS90CR485VS データシートからの機能ブロック図。

ここで紹介されているシリアライザICのオプションはほんの一例であり、さまざまなデータレートや信号規格に対応する汎用オプションが多数あります。高速ペリフェラル向けの新しいシリアライザが定期的にリリースされており、Octopartは必要なコンポーネントを見つけるお手伝いをします。

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