Peter Wei

摘要

TI 提供的TLK6002, TLK10002 等多種速率的通用Serdes 芯片，在不同的領域得到了廣泛的應用。特別在光纖拉遠的應用中，由于TLK6002, TLK10002 獨特的配置靈活性和優良的適配寬容度，已成為業界的主流配置。

TLK6002, TLK10002 所提供了包括“近端深度環回”，“近端淺度環回”，“遠端深度環回”和“遠端淺度環回”在內的多種環回模式，方便設計者在調試過程甚至在實際使用中迅速定位故障來源，降低了開發的難度，并提高了目標設備的易維護性。

不同的環回模式僅僅需要通過對于單個的配置寄存器配置即可實現。但在實際的使用案例中，我們往往發現當TLK6002, TLK10002 與光模塊相連時，在使用“近端深度環回”模式時，存在一定的失敗幾率，誤碼率較高，而這時候切換至“正常通路”模式后，往往系統工作正常，并不存在誤碼率過高的問題。

本篇應用手冊將對這一現象進行討論，并提出解決方案。

1 TLK6002/TLK10002 環回模式介紹

TLK6002/TLK10002 作為業界領先的獨立通用Serdes 芯片，由于速率靈活可配，被廣泛的應用在不同的領域。特別在光纖拉遠的應用，成為了獨立通用Serdes 的不二選擇。

由于在光纖拉遠的應用中，出現誤碼時需要分段逐級排查，來定位系統中產生誤碼的位置，再進一步的調試維護解決問題。

TLK6002/TLK10002 提供了豐富的環回模式。

a. 近端深度環回，從并行到并行方向，鏈路經過了Serdes 內部，除高數CML 緩沖器之外的所有電路部分；

b. 近端淺度環回，從并行到并行方向，鏈路僅經過8b/10b 的編解碼機，隔離了芯片內部的串行解串的電路部分；

圖二 近端淺度環回

c. 遠端深度環回，從串行到串行方向，鏈路經過了Serdes 內部所有電路部分；

圖三 遠端深度環回

d. 遠端淺度環回，從串行到串行方向，鏈路經過了Serdes 內部，除并行FIFO 之外的所有電路部分；

圖四 遠端淺度環回

2 TLK6002/TLK10002 近端深度環回在與光模塊相連時的應用實例

在光纖拉遠的應用中，由于距離較近，因此多使用近距離的SFP+ 6Gbps ~ 10Gbps 規格的光模塊。

a. SFP+光模塊的結構與特性

由于SFP+是一種無CDR 的光模塊，因此在接收方向的整條鏈路中，僅僅實現光電管IV 變換后對電壓波形進行線性或限幅放大，將串行的光信號轉化成為串行電信號。因為在數據的恢復應用中，對于輸入眼圖有嚴格的限定，因此為了保證達到標準的限定，鏈路中IV 變化率和電壓的增益均較高。TLK6002/TLK10002 輸入端的CML

以在市場上主流的SFP+方案為例，ONET8531T，TIA，作為IV 變換級，提供了高達4.5K 的跨阻；而ONET8501PB 作為放大器，對于小信號提供了高達34dB 的增益。

當有光信號輸入到光模塊時，因為TIA 和限幅放大器中的AGC 自動增益控制電路的作用，線路增益將會以實現擺幅為目的的壓縮，因此我們能夠得到一個低噪聲的串行電信號。

而當光信號被關閉，由于ROSA 中的PIN 管暗電流的存在，會向TIA 輸出噪聲電流。因為暗電流較低，所以無論TIA 的跨阻以及限幅放大器的增益均會被AGC 調高至較大值，而經過IV 變化和限幅放大器的轉換放大以后，在光模塊的輸出端我們便能夠觀察到幅度較高的熱噪聲。

由于光模塊內的噪聲，以及PCB 板上存在的各種串擾噪聲等，導致在SerDes 接收端管腳有一定幅度的隨機噪聲輸入。

b. TLK6002/TLK10002 近端深度環回模式下內部的狀態

因為從一般意義上來看，系統排查工作存在著單步變化的要求，因此近端深度環回被設計成為如下圖所示的物理層的單個開關的連通，這樣在保證所有狀態機不變的情況下，允許系統將輸出的串行信號輸入到接受通路。

圖六 TLK6002/TLK10002 近端深度環回內部連接

而在這個狀態下，因為其他電路均保持使能，因此TX 方向，CML 驅動器保持使能狀態，能夠向外部輸出信號； RX 方向的CML 驅動器也保持使能狀態，輸入信號經過驅動器后，與環回信號疊加，輸送給Serial to Parallel 部分。

c. CML 驅動器對于輸入噪聲的響應

CML 電平在高速信號中被廣泛的采用，由于各個國際標準化組織并沒有針對它出臺嚴格的標準，因此在實際的應用中，芯片級的實現存在著稍許不同。但由于電路應用已經成熟，因此形成了相對統一的電路架構。

如下圖所示，CML 的緩沖器，以差分放大器的形式構成。對于高于閘值的高低電平能夠使得差分對管導通或截止，來得到高低電平的變換，而對于小于閘值的信號來說，將以由MOS 管跨導，Rdn 以及負載電阻，和Issn 決定的放大倍數進行放大。

圖七 CML 驅動器架構及耦合方式

如果需要關閉CML 驅動器的輸出，則需要將差分輸入的兩端接到固定的電平上。

d. CDR 誤碼的接收

由上面的分析我們可知，在實現近端深度環回時，如果光模塊仍然與TLK6002/TLK10002 相連，光模塊噪聲傳送給TLK6002/TLK10002，而由于這個狀態下RX 方向的CML 驅動器仍然處于使能狀態，因此這個噪聲將被放大后與環回方向來的正常信號疊加，傳送給CDR。

由于CDR 對于輸入信號的眼圖有一定的要求，而疊加了噪聲的信號顯然不能滿足這一要求，因此CDR 會產生大量誤碼使得環回失敗。

3 TLK6002/TLK10002 近端深度環回的實現方法

綜上所述，由于需要防止RX+/-端產生的噪聲被疊加在環回信號上輸送給Serdes 的CDR，才能確保環回的正確進行。因此理論上需要將CML 驅動器置于Idle 狀態。

TLK6002/10002 可以斷開SFP+的連接，并將RX+/-接至高電平，能確保CML 驅動器進入Idle 狀態，從而實現深度環回的正常進行。