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A Serializer/Deserializer (SerDes pronounced sir-dees) is a pair of functional blocks commonly used in high speed communications to compensate for limited input/output. These blocks convert data between serial data and parallel interfaces in each direction.
因为SERDES技术主要用来实现ISO模型的物理层,SERDES通常被称之为物理层(PHY)器件。SERDES是一种时分多路复用(TDM)、点对点的通信技术,即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号,经过传输媒体(光缆或铜线),最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量,减少所需的传输信道和器件引脚数目,从而大大降低通信成本。SERDES技术从光纤通信发展到计算机通用I/O接口,其传输媒体也由光纤发展到铜线或背板。
SERDES系统的组成和设计
(参考王守军的文章。王守军:Email: shoujunwang@ieee.org,Altera公司)一个典型SERDES收发机由发送通道和接收通道组成(见上图):编码器、串行器、发送器以及时钟产生电路组成发送通道;解码器、解串器、接收器以及时钟恢复电路组成接收通道。顾名思义,编码器和解码器完成编码和解码功能,其中8B/10B、64B/66B和不规则编码(scrambling)是最常用的编码方案。串行器和解串器负责从并行到串行和从串行到并行的转换。串行器需要时钟产生电路,时钟发生电路通常由锁相环(PLL)来实现。解串器需要时钟和数据恢复电路(CDR),时钟恢复电路通常也由锁相环来实现,但有多种实现形式如相位插植、过剩抽样等。发送器和接收器完成差分信号的发送和接收,其中LVDS和CML是最常用的两种差分信号标准。另外还有一些辅助电路也是必不可少的,例如环路(loopback)测试、内置误码率测试等等。
基于SERDES的高速串行接口采用以下措施突破了传统并行I/O接口的数据传输瓶颈:一是采用差分信号传输代替单端信号传输,从而增强了抗噪声、抗干扰能力;二是采用时钟和数据恢复技术代替同时传输数据和时钟,从而解决了限制数据传输速率的信号时钟偏移问题。
另外:
PCI Express,简称PCI-E,基于SERDES的串行双向通信技术,它沿用了PCI编程概念及通信标准,仅应用于内部互连。由于PCIe是基于现有的PCI系统,只需修改物理层而无须修改软件就可将现有PCI系统转换为PCIe。PCIe拥有更快的速率,以取代几乎全部现有的内部总线(包括AGP和PCI)。因特尔希望将来能用一个PCIe控制器和所有外部设备交流,取代现有的南桥/北桥方案。
关于差分信号:
差分传输是一种信号传输的技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法,差分传输在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相等,相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。在电路板上,差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。
差分信号与传统的一根信号线一根地线(即单端信号)走线的做法相比,其优缺点分别是:
优点:
- 1。抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上,而其差值为0,即,噪声对信号的逻辑意义不产生影响。
- 2。能有效抑制电磁干扰(EMI)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等,这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等,同时他们的信号极性相反,其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。
- 3时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点,作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点,受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大,不适合低幅度的信号。
缺点:
- 若电路板的面积非常紧张,单端信号可以只有一根信号线,地线走地平面,而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小,以至于只能穿过一根走线的情况下。