串行通信技术SERDES正成为高速接口的主流

串行通信技术正成为高速接口的主流SERDES2009-08-21随着对信息流量需求的不断增长，传统并行接口技术成为13:44进一步提高数据传输速率的瓶颈过去主要用于光纤通信的串行通信技术一一正在取代传统并行总线而成为高速接SERDES口技术的主流本文阐述了介绍收发机的组成和设计，SERDES并展望了这种高速串行通信技术的广阔应用前景9是英文串行器解串器的简SERDES SERializer/DESerializer称它是一种时分多路复用、点对点的通信技术，即在TDM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9技术最早应用于广域网通信国际上存在两种SERDES WAN广域网标准一种是主要通行于北美；另一种是SONET,SDH,主要通行于欧洲这两种广域网标准制订了不同层次的传输速率目前万兆广域网已在欧美开始实行，OC-192中国大陆已升级到千兆水平技术支持的广

2.5OC-48SERDES域网构成了国际互联网络的骨干网9技术同样应用于局域网通信因为技术SERDES LANSERDES主要用来实现模型的物理层，通常被称之为物理层ISO SERDES器件以太网是世界上最流行的局域网，其数据传输速率PHY不断演变在年通过的万兆以太网标准，把局域网传IEEE2002输速率提高到了广域网的水平，并特意制订了提供局域网和广域网无缝联接的串行与此同时，技术也广泛WANPHYo SERDES应用于不断升级的存储区域网例如光纤信道SAN,・9随着半导体技术的迅速发展，计算机的性能和应用取得了长足进步可是，传统并行总线技术一一却跟不上处理器和存储器PCI的进步而成为提高数据传输速率的瓶颈新一代标准PCI PCI正是为解决计算机瓶颈而提出的见表Express101PCI Express是一种基于的串行双向通信技术，数据传输速率为SERDES

2.5G/通道，可多达通道，支持芯片与芯片和背板与背板之间的通信32国际互联网络和信息技术的兴起促成了计算机和通信技术的交汇，而串行通信技术逐步取代传统并行总线正是这一交汇的SERDES具体体现系统的组成和设计SERDES基于的高速串行接口采用以下措施突破了传统并行SERDES 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■一个典型SERDES收发机由发送通道和接收通道组成见图1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、和8B/10B64B/66B不规则编码是最常用的编码方案串行器和解串器负scrambling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来实现解串器需要时钟PLL和数据恢复电路时钟恢复电路通常也由锁相环来实现，但CDR,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，其中和是最常用的两种差LVDS CML分信号标准另外还有一些辅助电路也是必不可少的，例如环路测试、内置误码率测试等等loopback9■通信标准制订了严格的性能指标以确保系统的可靠性和互用性芯片的主要性能指标包括抖动产生、抖动容忍、抖动转SERDES移以及系统误码率等抖动产生取决于时钟发生电路特别BER是压控振荡器的相位噪声；抖动容忍取决于时钟恢复电路VCO容忍抖动的能力，而抖动转移是在用作中继器时必须满足的指标，同时取决于时钟发生和时钟恢复电路的性能系统误码率通常要求低于由时钟抖动性能、发送器信号幅度、接收器灵敏度10-12以及链路信道特性共同决定对于普通印刷电路板而言，趋FR4肤效应和介质损耗导致的码间干扰是限制背板传输intersymbol速率和距离的最主要因素因此，信号均衡甚至自适应均衡技术正在成为芯片的核心技术信号均衡技术可以在发送端SERDES实现，称之为预加重也可以在接收端实现，例如判pre-emphasis,决反馈均衡目前采用先进的均衡技术可以实现英寸米距401离的背板传输10G芯片的设计需要模拟和数字两方面即混合信号的设计经SERDES验例如锁相环的设计，其中压控振荡器属于模拟电路，而检相器和分频器属于数字电路芯片普遍采用低成本、低功SERDES耗的工艺，但工艺往往达不到高CMOS CMOS速混合信号的速度要求因此设计人员必须采用特殊的高频宽带电路设计技术，例如螺旋电感可以用来提高电路速度和带宽另外，模拟和数字电路共存于同一硅片上，容易产生电源同步噪声（）和地反弹以及信号串扰因此保持信号的完整性是混合SSN信号设计人员面临的一项挑战与此同时，芯片封装和印刷电路板的设计与仿真也是设计不可或缺的一环当前SERDES设计逐渐（知识产权）化，即收发器作为商SERDES IPSERDES业化模块而嵌入到需要高速接口的大规模集成电路中IP I/O9技术的应用SERDES9最早用于光纤通信的技术会继续在信息高速公路的建设SERDES中发挥主导作用而计算机和通信的融合为技术开辟了SERDES更为广阔的应用前景基于技术的高速串行接口正在成SERDES为一种通用的接口标准近年来世界上有多个标准组织已经或10正在制订从到的高速串行接口标准（见表）1G10G21〜o产品为当前高速串行接口标准的主流，其中6G+SERDES为第一代产品，为第二代产品这些芯片

2.5G/

3.125G5G/

6.25G采用微米的工艺就可以实现

0.18CMOS信息高速公路主要由以光纤作为传输媒体的广域网和局SONET域网以太网组成广域网和局域网分别向近距离和远距离渗透，在城域网交汇而且，在广域网上传输以太网数据包的协MAN议使得广域网和局域网的界限更为模糊Ethernet overSONET随着互联网络信息流量的增长，对信息存储容量的需求也大大增长目前有三种常用的信息存储方式直接连接存储、网DAS络连接存储和专用存储区域网最简单的直接连接存NAS SANO储是通过小型计算机系统接口把磁盘驱动器直接连接到服SCSI务器上网络连接存储是把存储设备连接到局域网而存储信息的传输需要通过局域网进行采用光纤信道技术，是连接服务SAN器和存储设备的专用网络9技术的应用从光纤通信发展到计算机通用接口，其SERDES I/O传输媒体也由光纤发展到铜线或背板是一种采用电InfiniBand缆或背板作为传输媒体的高速串行接口，主要用于数据中心服务器和存储设备之间的通信是一种面向嵌入式系统的总RapidlO线结构，有并行和串行两种规范，主要用于嵌入系统的处理器总线，局部总线及背板光互联论坛制订了多种光纤通信I/O OIF芯片之间的接口标准，其中公共电气接口©£把背板通信速率提1高到和的水平作为计算机接口技术从并行向串行的标6G11G志性转变，将会取代和而成为外围设备网PCI Express PCI PCI-X络、存储和视频的通用高速接口标准在此转变过程中，提供向下兼容的“桥接器件”会率先推向市场，随后是完全基于PCI的外围设备板卡与此同时，的应用也向通ExpressPCI Express信领域拓展，基于架构的“先进交换”就是面向通PCIExpress信而提出的工业计算机制造商协会正在制订一系PCI PICMG列称之为先进电信计算架构的规范，包括对背板、AdvancedTCA电源、散热、机械和系统管理等方面的要求，旨在为下一代电信设备提供标准化的通用平台。