SerDes基础知识介绍

### SerDes基础知识详解 #### 一、SerDes概述与内部结构 **SerDes**(Serializer/Deserializer，串行器/解串器)是一种用于高速数据通信的技术，它通过将并行数据转换为串行数据来进行传输，再将串行数据转换回并行数据，从而实现了高速数据的有效传输。 ##### 1.1 内部结构 SerDes的典型内部结构主要包括以下几个部分： - **发送通道**: 包括编码器、串行器、发送器以及时钟产生电路。 - **编码器**: 将原始的并行数据进行编码处理。 - **串行器**: 负责将编码后的并行数据转换为高速串行数据。 - **发送器**: 负责驱动信号到传输媒介中。 - **时钟产生电路**: 一般使用锁相环(PLL)来产生发送所需的时钟信号。 - **接收通道**: 包括解码器、解串器、接收器以及时钟恢复电路。 - **解串器**: 将接收到的高速串行数据转换回并行数据。 - **接收器**: 负责从传输媒介中接收信号。 - **时钟恢复电路**: 使用CDR(时钟数据恢复)技术从串行数据中恢复出时钟信号，以同步串行数据。 - **解码器**: 将解串后的并行数据还原为原始数据。 #### 二、SerDes关键技术 ##### 2.1 编码解码技术 SerDes中常用的编码技术包括但不限于**8B/10B**和**64B/66B**等，这些编码方式带来的好处如下： - **转换密度**: 确保发送的数据流中有足够的信号转换，以保证PLL能够正常工作。如果数据流中出现连续的1或0，可能会导致接收时钟的漂移或同步丢失。 - **DC补偿**: 确保信号具有良好的直流平衡，避免长时间传输过程中出现直流偏移。例如，8B/10B编码通过将每个8位数据块转换为10位的输出值来实现这一点。 - **纠错能力**: 编码遵循特定的规则，使得许多信号传输错误可以在接收端被检测出来。 - **特殊字符**: 通过特殊字符的编码，可以将控制信息插入数据流中，如分隔符、校准命令等，而不被解码为普通数据。 ##### 2.2 时钟数据恢复(CDR) **时钟数据恢复(CDR)**是一项重要的技术，它能够从数据流中提取时钟信号，从而保证数据的正确同步和完整性。CDR技术的主要优势在于： - **消除时钟时滞**: 通过将时钟信号嵌入数据流中，可以有效解决时钟信号在传输过程中的延迟问题。 - **节省资源**: 减少线路板的空间需求，缩短线路长度，并降低整体功耗和设计复杂度。 - **抖动处理**: 虽然PLL的环路响应特性限制了其对高频抖动的处理能力，但通过合理的CDR设计仍然能够在一定程度上降低接收端数据的抖动程度。 #### 三、预加重与均衡 在高速信号传输过程中，由于趋肤效应和介质损耗的影响，信号质量会逐渐降低。为了改善这种情况，SerDes采用了两种关键技术：**预加重**和**均衡**。 ##### 3.1 预加重技术 预加重技术是在发送端对信号进行预处理的一种方法，它通过对每次翻转后的第一位数据进行幅度提升来补偿线路损耗造成的信号衰减。具体而言： - **原理**: 增加与沿信息相关的各次频谱能量，以克服高频衰减而造成的眼图闭合现象。 - **效果**: 经过预加重处理的信号在传输后仍能保持较好的眼图开口，从而提高接收端的数据恢复能力。 ##### 3.2 均衡技术 虽然预加重可以在一定程度上改善信号质量，但在频率高于数据传送速度三分之一的情况下，其效果有限。因此，还需要使用**接收端均衡器**进一步增强信号的高频分量，从而彻底消除符号间干扰(ISI)的影响。 - **原理**: 在接收端通过调整信号的频率响应来补偿线路衰减，尤其是在高频部分。 - **效果**: 完全消除ISI的影响，显著提高信号的可靠性。 #### 总结 SerDes技术通过其内部复杂的结构设计和关键的技术应用，有效地解决了高速数据传输中的各种挑战。通过编码解码技术、CDR技术和预加重与均衡技术的应用，SerDes能够在高速信号传输过程中保持数据的完整性，提高传输效率，减少系统设计的复杂度。随着数据传输速率的不断提高，SerDes技术将继续发挥重要作用，成为未来高速数据通信领域不可或缺的一部分。