序列解串器 SerDes

2022-08-31 01:00:11 字數 1552 閱讀 5717

關鍵字:解串 

serdes

序列解串器是可將大位寬並行匯流排壓縮成少量(通常為一條)差分序列鏈路的器件,該鏈路可在遠遠高於低速大位寬並行匯流排的速率下進行切換。序列解串器對大位寬並行匯流排進行了序列化,不僅可實現在系統內部、系統間或位於兩個不同地點的系統間進行大量資料的點對點傳輸,同時還可降低功耗、板級空間和成本。下圖 1 是序列解串器的基本概念。

圖 1:序列∕解串

隨著資料速率的增加,有關實施並行匯流排的問題也隨之增多。較快匯流排比較慢匯流排功耗高,而且由於定時容差的降低,通道數量的增加,布局難度也越來越大。隨著資料速率的增加,保持通道間的時滯也日益重要,原因是較大的時滯差異會導致系統定時問題,因為接收器需要按對齊位組在並行資料匯流排中進行時鐘計時。此外,由於如今的設計日益緊湊,板級空間也格外珍貴,因此大型並行匯流排會消耗寶貴的 pcb 基板空間。序列解串器能夠降低成本、功耗以及板級空間,可為上述設計挑戰提供良好的解決方案。

我們首先用乙個簡單的序列解串器例項來描述基本工作原理,因為當前有些序列解串器器件可能比較難處理。時鐘定時對於使用序列解串器的應用來說極為重要,因為一切都不能隨機出現,必須在給定的時間內發生。系統時鐘可分配給包括序列解串器在內的所有元件,以幫助實現同步工作。網路處理單元 (npu) 或 fpga 等終端器件不僅可在所需的系統頻率下實現並行資料輸出執行,而且還可連線至序列解串器器件的並行介面。並行資料可在系統時鐘的時鐘上公升沿、下降沿或上公升及下降沿上、在序列解串器 fifo 中進行定時。資料怎麼在 fifo 中進行定時,取決於序列解串器廠商以及所針對的最終應用。

並行資料通常將編碼為標準編碼方案(例如 8b/10b 編碼),因而適用於序列化。原始應用資料可能包含病態模式、長期執行的 1 和 0,這會使序列解串器難以捕捉位跳變。對資料進行編碼能夠消除病態模式,確保資料流的轉換密集度平衡和 dc 平衡。未編碼資料的另乙個挑戰是字元描述會在序列化過程中丟失,因此將資料編碼為 10 位字元可確保接收器能夠判定正確的字元描述。通常使用逗號字元(0011111 或 1100000)或 k28.5(0011111010 或 1100000101),也可使用其它同步字元。k28.5 字元由傳送序列解串器針對接收器插入,從而可檢測為對齊字元。序列化資料隨後將通過介質送達接收序列解串器器件。下圖 2 是 8b/10b 編碼例項。

圖 2:8b/10b 編碼

該接收序列解串器可將流入的位元流(表現為電壓擺幅)轉換為數字位元流。此外,該接收器還整合有時鐘資料恢復電路 (cdr),其可從流入的 dc 平衡資料流中恢復位元組時鐘。接收序列解串器可執行自己的本地參考振盪器,但這不僅要與恢復的位元組時鐘相位對齊,而且還要用於為接收到的位元流時鐘計時。接收到的位元流隨後可進行解串,反饋至並行匯流排,送達等待中的終端器件。

tlk1501 是一款多千兆位收發器,可用於高速點對點資料傳輸系統。tlk1501 支援 16 位大並行介面,可在參考時鐘上公升沿讀入資料。並行匯流排經過 8b/10b 編碼並經過序列化後,通過差分高速介質進行有序傳輸。tlk1501 的接收器部分可接受 8b/10b 編碼資料,對此,其 cdr 將鎖定從輸入資料流提取位元時鐘並對該資料流進行重定時。序列資料流隨後對齊到分開的 10 位字元邊界,經過解碼後通過 16 位匯流排傳輸至等待中的終端器件。tlk1501 是一款簡潔的器件,採用它進行設計,可降低系統成本與功耗,縮小板級空間。

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