基于TLK10002的 SERDES FIFO 溢出解決方案

　　分布式基站系統(tǒng)中，RRU 通常會通過光纖拉遠(yuǎn)實(shí)現(xiàn)與 BBU 的遠(yuǎn)程互聯(lián)。由于光纖自身的特性，傳輸過程中必然會引入抖動和漂移；尤其是漂移，因其低頻特性，并且難于濾除，在SERDES 的 FIFO 深度不夠的情況下有可能會造成 FIFO 的溢出。

　　本文首先會對這個(gè)問題進(jìn)行一般性地分析，在此基礎(chǔ)上我們將以德州儀器公司 10G SERDES 器件 TLK10002 為例，提出一個(gè)新的解決方案，即采用雙時(shí)鐘模式提供 SERDES系統(tǒng)時(shí)鐘，并且探討了這種模式的具體實(shí)現(xiàn)方式。同時(shí)，為了驗(yàn)證雙時(shí)鐘方案的可行性，我們搭建了相應(yīng)的測試平臺，并給出了相應(yīng)的測試結(jié)果。

　　1、光纖漂移引起的 SERDES FIFO 溢出問題分析

　　1.1 漂移及漂移形成的塬因

　　漂移是一個(gè)數(shù)字信號的有效瞬時(shí)在時(shí)間上偏離其理想位置的，非累計(jì)性的偏離。所謂的“長期的偏離”是指偏離隨時(shí)間較慢的變化，通常認(rèn)為變化頻率低于 10Hz 就屬于較慢的變化。

　　實(shí)際數(shù)字信號存在的相位噪聲，抖動時(shí)相位噪聲的高頻成分，漂移是相位噪聲的低頻成分，工程中以10Hz 來劃分高、低頻。產(chǎn)生這兩種頻率成分的機(jī)理有所不同。產(chǎn)生低頻成分，也就是產(chǎn)生漂移的主要塬因是傳輸媒質(zhì)和設(shè)備中傳輸時(shí)延的變化，例如光纖白天受熱變長，時(shí)延增加，信號遲到，相位滯后；光纖夜間受冷變短，時(shí)延減少，信號早到、相位超前。產(chǎn)生高頻成分，也就是產(chǎn)生抖動的主要塬因是內(nèi)部噪聲引起的信號過零點(diǎn)隨機(jī)變化，例如振蕩器輸出信號的相位噪聲，數(shù)字邏輯開關(guān)時(shí)刻的不確定性等。

　　漂移不會直接導(dǎo)致傳輸產(chǎn)生誤碼，因?yàn)閭鬏斣O(shè)備的恢復(fù)時(shí)鐘電路能跟蹤相位的慢變化。漂移幅度變化雖慢，但長期累積幅度可能高達(dá) 1000UI［3］。

　　1.2 漂移引起的 SERDES FIFO 溢出問題分析

　　一個(gè)典型的 BBU 和 RRU 系統(tǒng)級聯(lián)方案如圖 1 所示，在 RRU 一側(cè)，由于 JC PLL（主時(shí)鐘芯片）會自動跟蹤輸入的串行數(shù)據(jù)流，當(dāng)輸入頻率發(fā)生變化時(shí)，JC PLL 會調(diào)整輸出頻率以匹配輸入頻率的變化。在這個(gè)跳變瞬間，如果 SERDES 的 FIFO 的讀寫速率可能不一致，導(dǎo)致 FIFO 的沖突，從而造成溢出。但是，通過選擇跳變速度足夠快的 JC PLL，這種溢出是完全可以避免的，而一旦JC PLL 鎖定到輸入數(shù)據(jù)流，F(xiàn)IFO 讀寫工作在同一速率，就不會存在溢出問題。

　　在 BBU 一側(cè)，值得注意的是時(shí)鐘信號的抖動，尤其是漂移引起的 FIFO 溢出。如果這種漂移來自于 BBU 自身的參考時(shí)鐘，由于輸入數(shù)據(jù)數(shù)率是與 BBU 速率匹配的，不會造成任何問題； 但是，如上節(jié)所闡述的，光纖的溫漂等特性有可能引入新的漂移，如果 RX FIFO 兩側(cè)工作在不同的時(shí)鐘域， 這種光纖引入漂移會造成 SERDES 內(nèi)部 FIFO 的碰撞，F(xiàn)IFO 自身的深度如果不足以吸收這種碰撞，就會引起 FIFO 溢出。

　　2、BBU SERDES 雙系統(tǒng)時(shí)鐘方案及具體實(shí)現(xiàn)

　　2.1 TLK10002 內(nèi)部時(shí)鐘架構(gòu)

　　TLK10002 是德州儀器公司推出的雙通道 10G SERDES 芯片，它可以支持目前所有的 CPRI 和OBSAI 速率，從 1.2288Gbps 到 9.8304Gbps，因而特別適合無線基站的應(yīng)用。

　　TLK10002 內(nèi)部的時(shí)鐘架構(gòu)如圖 2 所示，它的 A/B 通道可以通過 REFCLK0P/N 或者REFCLK1P/N 管腳來提供參考時(shí)鐘，這兩個(gè)參考時(shí)鐘的選擇可以通過 MDIO 或者REFCLKA_SEL 和 REFCLKB_SEL 管腳來實(shí)現(xiàn)。

　　高速側(cè) SERDES 的 CDR 主要用于從輸入串行數(shù)據(jù)中恢復(fù)時(shí)鐘信號，恢復(fù)的時(shí)鐘信號從CLKOUTAP/N 和 CLKOUTBP/N 輸出。輸出信號頻率有多種選擇：通過寄存器配置，用恢復(fù)時(shí)鐘頻率除以 1， 2， 4， 5， 8， 10， 16， 20， 或者 25 均可。

　　對于每個(gè)通道而言，高速側(cè) SERDES 和低速側(cè) SERDES 可以工作在一個(gè)時(shí)鐘域，即兩者使用同一參考時(shí)鐘；同時(shí)，TLK10002 也提供了另外一種時(shí)鐘模式，即高速側(cè) SERDES 和低速側(cè)SERDES 使用不同的參考時(shí)鐘，這種情況下，高速側(cè)鎖相環(huán)和低速側(cè)鎖相環(huán)會工作在不同的時(shí)鐘域。

　　圖 2 TLK10002 內(nèi)部時(shí)鐘架構(gòu)