推動串行互連革命
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,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體系結(jié)構(gòu)如何特別適用于電信信號處理系統(tǒng)。
SerDes 體系結(jié)構(gòu):概覽
并聯(lián)時鐘 SerDes 將并行寬總線串行化為多個差分信號對,傳送與數(shù)據(jù)并聯(lián)的時鐘。這些 SerDes 比較便宜,可以在通常需要同時使用多個 SerDes 的應(yīng)用中,通過電纜或背板有效地擴展寬總線。
圖 1. DS90CR217 21位通道鏈路(channel-link)并聯(lián)時鐘串行器
Input latch |
輸入閂鎖 |
Mux |
多路復(fù)用器 |
8b/10b SerDes 將每個數(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對。10 位代碼是這樣定義的:為接收器時鐘恢復(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失真高速運行。
圖 2. 8b/10b 串行器方框圖
Input latch |
輸入閂鎖 |
Mux |
多路復(fù)用器 |
8b/10b serializer |
8b/10b 串行器 |
LVDS or CML |
LVDS 或 CML |
Input latch |
輸入閂鎖 |
8b/10b encoder |
8b/10b 編碼器 |
Mux |
多路復(fù)用器 |
Value(decimal) |
值(十進制) |
Value(binary) |
值(二進制) |
10-bit code |
10 位代碼 |
Alternate code |
可選代碼 |
K28.5 special code |
K28.5 特殊代碼 |
Comma |
逗號 |
位交錯 SerDes 將多個輸入串行流中的位匯聚為更快的串行信號對。此類型的 SerDes 以最少的布線將吞吐量最大化。
圖 3. 位交錯串行器方框圖。
Bit interleave SerDes |
位交錯 SerDes |
Input latch |
輸入閂鎖 |
Mux |
多路復(fù)用器 |
嵌入式時鐘位(又稱為 開始-停止)SerDes
Input latch |
輸入閂鎖 |
Mux |
多路復(fù)用器 |
圖 4. DS92LV18 18 位總線 LVDS 嵌入式時鐘為串行器
嵌入式時鐘位體系結(jié)構(gòu)可以將數(shù)據(jù)總線和時鐘串行化為一個串行信號對。兩個時鐘位,一低一高,在每個時鐘循環(huán)中內(nèi)嵌入串行數(shù)據(jù)流,對每個串行化字(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。由于有效負載夾在嵌入式時鐘位之間,因此數(shù)據(jù)有效負載字寬度并不限定于字節(jié)的倍數(shù)。實際上,10 和 18 位總線的產(chǎn)品已面世。
Period embedded clock transition |
定期嵌入式時鐘位轉(zhuǎn)換 |
圖 5. 定期嵌入式時鐘位轉(zhuǎn)換。
加電之后,接收器自動搜索定期嵌入式時鐘的上升邊沿。由于數(shù)據(jù)有效負載的數(shù)據(jù)位會隨著時間的推移而更改值,但是時鐘位不隨時間發(fā)生更改,因此接收器能夠定位獨特的時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),而不管有效負載數(shù)據(jù)模式如何。這種自動同步功能通常稱為“鎖定到隨機數(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)直接控制的遠程模塊的系統(tǒng)中,以及其中一個發(fā)送器廣播至多個接收器的系統(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。
Transmitter |
發(fā)送器 |
Receiver |
接收器 |
Hot insertion |
熱插入 |
圖 6. 在熱插入期間接收器自動鎖定到隨機數(shù)據(jù)。
寬松的時鐘要求
大多數(shù) SerDes 依靠嚴格控制發(fā)送和接收時鐘的抖動來實現(xiàn)鎖定和鎖定監(jiān)測。然而,嵌入式時鐘位接收器對輸入的嵌入式時鐘上升邊沿進行同步,并且僅在初始同步期間才需要接收器參考時鐘,以防止鎖定至假諧波。這可以將發(fā)送和參考時鐘的抖動要求寬松至少一個數(shù)量級。實際上,接收器參考時鐘只需在發(fā)送時鐘頻率的
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