(完整word版)SerDes知识详解.docx

### SerDes知识详解 #### 一、SerDes的作用 ##### 1.1 并行总线接口 在SerDes技术普及之前，芯片间的通信主要依赖于系统同步或源同步的并行接口。这类接口通过多条并行线路传输数据，但随着传输速率的提升，时钟偏差（clock skew）、数据偏差（data skew）以及时钟与数据间偏差（skew between data and clock）等问题逐渐成为限制其进一步发展的关键因素。 **时钟偏差**：由于信号传播路径不同，导致时钟信号到达两端的时间差异。 **数据偏差**：并行数据中的各比特位在传输过程中经历不同的延时。 **时钟与数据间偏差**：时钟信号与数据信号之间的相对延迟。 尽管可以通过PLL（Phase-Locked Loop，锁相环）在接收端补偿时钟偏差，但由于工作环境的温度、电压等因素变化（PVT变化），时钟与数据信号的变化趋势并不相同，这进一步加剧了数据窗口的问题。 **源同步接口**：通过将时钟信号与数据信号一同发送，可以在一定程度上缓解时钟偏差带来的影响。在源同步接口中，发送端内部对时钟信号与数据信号进行相同处理，确保两者具有相似的传播路径及延迟时间，从而在PVT变化时减少时钟与数据信号间的偏差。 ##### 1.2 SerDes接口 当并行接口的传输速率提高到一定阈值后，同步开关噪声（SSN）成为新的瓶颈。SSN的计算公式为：\[ SSN = L \times N \times \frac{di}{dt} \]，其中\( L \)为封装电感，\( N \)为数据位宽，\( \frac{di}{dt} \)表示电流变化率。随着频率和数据位宽的增加，SSN显著提升，严重影响信号质量。 为了克服这些问题，SerDes技术应运而生。SerDes采用串行通信的方式，通过将并行数据转换为高速串行数据流来实现高带宽传输。SerDes的核心在于其接收端集成的CDR（Clock Data Recovery，时钟数据恢复）电路，该电路能够从数据边沿中提取时钟信号，并确定最佳的采样点。 **SerDes的特点**： 1. **无需传输时钟信号**：这是SerDes最显著的特点之一，因为接收端能够从数据流中恢复时钟信号。 2. **差分信号传输**：SerDes使用差分信号来提高抗干扰能力，减少SSN的影响。 3. **多通道共享资源**：多个通道可以共享同一组PLL（锁相环）资源，以降低成本和功耗。 4. **灵活的时钟配置**：接收端与发送端可以使用不同频率但接近的时钟信号，或者使用相同频率但相位不同的时钟信号。 **SerDes与并行接口的对比**： - **引脚数量**：一个SerDes通道通常只需4个引脚（Tx+/-, Rx+/—），而一个16-bit的DDR3-1600接口则需要50个引脚。 - **传输速率**：现代FPGA支持高达28 Gbps的SerDes通道，相比之下，DDR3-1600接口的线速率为25 Gbps（1.6 Gbps * 16）。 SerDes技术通过串行化数据传输解决了传统并行接口面临的诸多挑战，如时钟偏差、数据偏差等问题，并有效降低了SSN的影响。此外，SerDes还通过减少所需的物理连接数提高了系统的集成度和性能。