淺談高速串行信號的自同步通信方式

高速串行信號與并行信號相比，最主要的就是通信方式的改進，這種通信方式又叫自同步方式，也即兩塊芯片之間通信，其中發(fā)送芯片產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流同時包括數(shù)據(jù)和時鐘信息，如下圖所示。

要實現(xiàn)上圖所示的通信，在芯片內(nèi)部還有更加詳細的一些要求及模塊來操作，具體實現(xiàn)可以參考下圖所示模塊框圖。

這些最主要的模塊包括串行器（也有叫串化器）、時鐘數(shù)據(jù)恢復（CDR）、解串器以及均衡器等。這樣的設備與源同步接口不同，因為接收機設備包含時鐘和數(shù)據(jù)恢復（CDR）電路，其基于信號的跳變沿來動態(tài)地確定數(shù)據(jù)信號的最佳采樣點。 換句話說，從數(shù)據(jù)中直接提取時鐘信息，而不是依賴于單獨的時鐘。本篇我們主要來簡單介紹前面三種必要的模塊，均衡器會在后續(xù)的內(nèi)容中介紹。

串行器要實現(xiàn)的功能就是并串轉(zhuǎn)換，簡單來說就是將原本并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行的數(shù)據(jù)。目前有兩種主要的并串轉(zhuǎn)換方式——可裝載移位寄存器和回轉(zhuǎn)選擇器。這些方法的簡單邏輯如下圖所示。

解串器的功能正好和串行器的功能及步驟相反，那就是將串行的信號又重新轉(zhuǎn)換成并行信號，又叫串并轉(zhuǎn)換，下面是簡單的邏輯圖。

時鐘數(shù)據(jù)恢復（CDR）顧名思義就是將數(shù)據(jù)流里面的數(shù)據(jù)和時鐘在接收端恢復出來，說起來感覺很簡單的樣子，但實際上如下圖所示時鐘恢復過程無法產(chǎn)生一個共用時鐘或者同數(shù)據(jù)一起發(fā)送的時鐘。作為替代，由鎖相環(huán)（PLL）合成出一個與輸入串行信號的時鐘頻率一致的時鐘，也即PLL能根據(jù)參考時鐘和輸入信號來產(chǎn)生鎖定于輸入信號的新時鐘，所以PLL對于Serdes的接收也是至關重要的。

這就是我們的串行信號，呈現(xiàn)出來的確實是比較簡單，無非就是幾對差分線路，但內(nèi)部的操作卻非常復雜。雖然簡化了PCB設計，但對芯片的設計挑戰(zhàn)巨大，因為有更多的模塊集成在芯片內(nèi)部了，這個對于我們PCB這塊來說是看不到的，相當于一個黑盒子，典型的少林寺掃地高僧，簡直深藏不露啊。

編輯：hfy