推動(dòng)串行互連革命
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串行互連構(gòu)成現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，因此串行器/解串器 (SerDes) 的選擇可以對(duì)系統(tǒng)成本和性能產(chǎn)生很大的影響。盡管傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)通信 的SerDes 是為適迎合面向字節(jié)(byte-oriented)、基于數(shù)據(jù)包(packet-based)的總線而設(shè)計(jì)，但許多電信應(yīng)用使用其他總線格式。這使得將SerDes技術(shù)設(shè)計(jì)到這些系統(tǒng)中變得很困難。本文概述了 SerDes 的體系結(jié)構(gòu)，并且顯示說明某一個(gè)體系結(jié)構(gòu)如何特別適用于電信信號(hào)處理系統(tǒng)。
SerDes 體系結(jié)構(gòu)：概覽
并聯(lián)時(shí)鐘 SerDes 將并行寬總線串行化為多個(gè)差分信號(hào)對(duì)，傳送與數(shù)據(jù)并聯(lián)的時(shí)鐘。這些 SerDes 比較便宜，可以在通常需要同時(shí)使用多個(gè) SerDes 的應(yīng)用中，通過電纜或背板有效地?cái)U(kuò)展寬總線。
圖 1. DS90CR217 21位通道鏈路（channel-link）并聯(lián)時(shí)鐘串行器
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Input latch |
輸入閂鎖 |
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Mux |
多路復(fù)用器 |
8b/10b SerDes 將每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)映射到 10 位代碼，然后將其串行化為單一信號(hào)對(duì)。10 位代碼是這樣定義的：為接收器時(shí)鐘恢復(fù)提供足夠的轉(zhuǎn)換，并且保證直流平衡（發(fā)送相等數(shù)量的“1”和“0”）。這些屬性使 8b/10b SerDes 能夠在有損耗的互連和光纖電纜上能夠以較少的信號(hào)失真高速運(yùn)行。
圖 2. 8b/10b 串行器方框圖
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Input latch |
輸入閂鎖 |
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Mux |
多路復(fù)用器 |
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8b/10b serializer |
8b/10b 串行器 |
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LVDS or CML |
LVDS 或 CML |
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Input latch |
輸入閂鎖 |
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8b/10b encoder |
8b/10b 編碼器 |
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Mux |
多路復(fù)用器 |
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Value(decimal) |
值（十進(jìn)制） |
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Value(binary) |
值（二進(jìn)制） |
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10-bit code |
10 位代碼 |
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Alternate code |
可選代碼 |
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K28.5 special code |
K28.5 特殊代碼 |
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Comma |
逗號(hào) |
位交錯(cuò) SerDes 將多個(gè)輸入串行流中的位匯聚為更快的串行信號(hào)對(duì)。此類型的 SerDes 以最少的布線將吞吐量最大化。
圖 3. 位交錯(cuò)串行器方框圖。
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Bit interleave SerDes |
位交錯(cuò) SerDes |
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Input latch |
輸入閂鎖 |
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Mux |
多路復(fù)用器 |
嵌入式時(shí)鐘位（又稱為 開始-停止）SerDes
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Input latch |
輸入閂鎖 |
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Mux |
多路復(fù)用器 |
圖 4. DS92LV18 18 位總線 LVDS 嵌入式時(shí)鐘為串行器
嵌入式時(shí)鐘位體系結(jié)構(gòu)可以將數(shù)據(jù)總線和時(shí)鐘串行化為一個(gè)串行信號(hào)對(duì)。兩個(gè)時(shí)鐘位，一低一高，在每個(gè)時(shí)鐘循環(huán)中內(nèi)嵌入串行數(shù)據(jù)流，對(duì)每個(gè)串行化字(word)的開始和結(jié)束成幀（因此，為可選替代的名稱為“開始-結(jié)束位”SerDes），并且在串行流中創(chuàng)建立定期的上升邊沿。由于有效負(fù)載夾在嵌入式時(shí)鐘位之間，因此數(shù)據(jù)有效負(fù)載字寬度并不限定于字節(jié)的倍數(shù)。實(shí)際上，10 和 18 位總線的產(chǎn)品已面世。
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Period embedded clock transition |
定期嵌入式時(shí)鐘位轉(zhuǎn)換 |
圖 5. 定期嵌入式時(shí)鐘位轉(zhuǎn)換。
加電之后，接收器自動(dòng)搜索定期嵌入式時(shí)鐘的上升邊沿。由于數(shù)據(jù)有效負(fù)載的數(shù)據(jù)位會(huì)隨著時(shí)間的推移而更改值，但是時(shí)鐘位不隨時(shí)間發(fā)生更改，因此接收器能夠定位獨(dú)特的時(shí)鐘邊沿并與其保持同步。鎖定之后，接收器從串行流中恢復(fù)數(shù)據(jù)，而不管有效負(fù)載數(shù)據(jù)模式如何。這種自動(dòng)同步功能通常稱為“鎖定到隨機(jī)數(shù)據(jù)”，并且無需外部系統(tǒng)干預(yù)。在接收器位于不受系統(tǒng)直接控制的遠(yuǎn)程模塊的系統(tǒng)中，以及其中一個(gè)發(fā)送器廣播至多個(gè)接收器的系統(tǒng)中，這是一種特別有用的功能。在廣播情況下，插入總線的新接收器模塊將鎖定到隨機(jī)數(shù)據(jù)，無需通過發(fā)送培訓(xùn)模式或字符來中斷到其他接收器的通信。
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Transmitter |
發(fā)送器 |
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Receiver |
接收器 |
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Hot insertion |
熱插入 |
圖 6. 在熱插入期間接收器自動(dòng)鎖定到隨機(jī)數(shù)據(jù)。
寬松的時(shí)鐘要求
大多數(shù) SerDes 依靠嚴(yán)格控制發(fā)送和接收時(shí)鐘的抖動(dòng)來實(shí)現(xiàn)鎖定和鎖定監(jiān)測。然而，嵌入式時(shí)鐘位接收器對(duì)輸入的嵌入式時(shí)鐘上升邊沿進(jìn)行同步，并且僅在初始同步期間才需要接收器參考時(shí)鐘，以防止鎖定至假諧波。這可以將發(fā)送和參考時(shí)鐘的抖動(dòng)要求寬松至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)際上，接收器參考時(shí)鐘只需在發(fā)送時(shí)鐘頻率的
評(píng)論