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[FAQ] 如何根据协议的数据速率选择合适的模拟开关/多路复用器带宽?

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如何根据协议的数据速率选择合适的模拟开关/多路复用器带宽?

TI IC 的带宽具有特定的定义。在讨论器件的特定带宽时,带宽指在信号衰减 3dB 或损失一半的信号功率之前,可以通过器件(在数据表提供的指定负载条件下)的正弦波的最大模拟信号频率。鉴于带宽通常以 Hz 或每秒周期数为单位进行测量,带宽仅指通过器件的模拟信号的最大频率。不过,带宽通常与数据速率互换使用。在给定信号协议的情况下,需要使用数据速率和协议的规格来确定选择 TI 多路复用器所需的最小带宽。

为了确定支持给定数据速率所需的多路复用器带宽,必须留意协议内容。在信号中编码的每个周期的信号电平数详细说明了一个时钟周期内传输的数据量,该值与确定带宽相关。在下图中,红色信号每个周期读取两个位,一个在时钟的上升沿读取,另一个在时钟的下降沿读取。蓝色信号每个周期仅读取一个位(在上升沿读取)。

虽然这两个信号的时钟频率相同,但为红色信号指定的数据速率将是蓝色信号数据速率的两倍。尽管有两种不同的数据速率,但带宽足以传输蓝色信号的多路复用器也会执行与红色信号相似的操作。因此,数据速率和带宽之间的转换必须考虑这一点。

可以通过以下公式来确定所需的方波带宽:

Bandwidth (square) = Data Rate / (# of lines x bits per cycle)

不过,在求解 IC 的方波带宽时,必须注意方波的频率成分包含基频和许多谐波,而正弦波频率成分是单个基本频率。为此,最好选择额定带宽为上面计算的方波带宽 1.5 倍的器件。对于高度敏感的信号链,最好选择带宽为方波带宽 3 倍的器件。

例如,有许多不同的以太网协议,其中最新且最快的是千兆位以太网 (GbE)。1000BASE-T GbE 协议支持高达 1Gbps 的数据速率,通过四根双绞线传输数据。利用此协议,可以在总共 8 条线路上支持两个信号电平,最大数据速率为 1Gbps。因此,多路复用器所需的方波带宽为:

Bandwidth (square) = 1 GBs / (8 x 2) = 62.5 MHz

Bandwidth (min) = 62.5 MHz x 1.5 = 93.75 MHz

因此,一个最小带宽为 94MHz 的 8 通道 2:1 多路复用器适用于在两个以太网控制器之间进行切换。TS3L501E 非常适合该应用。