SERDES電路設(shè)計(jì)的一點(diǎn)想法

1、簡(jiǎn)介隨著電子行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是在傳輸接口的發(fā)展上， IEEE1284被 USB 接口取代， PATA被 SATA 取代， PCI 被 PCI-Express 所取代，無一都證明了傳統(tǒng)并行接口的速度已經(jīng)達(dá)到一個(gè)瓶頸了， 取而代之的是速度更快的串行接口， 于是原本用于光纖通信的 SerDes 技術(shù)成為了為高速串行接口的主流。 串行接口主要應(yīng)用了差分信號(hào)傳輸技術(shù)，具有功耗低、抗干擾強(qiáng)，速度快的特點(diǎn)，理論上串行接口的最高傳輸速率可達(dá)到 10Gbps 以上。SERDES是英文 SERializer(串行器 )/DESerializer(解串器 ) 的簡(jiǎn)稱。它是一種主流的時(shí)分多路復(fù)用 (TDM)、點(diǎn)對(duì)

2、點(diǎn) (P2P) 的串行通信技術(shù)。 即在發(fā)送端多路低速并行信號(hào)被轉(zhuǎn)換成高速串行信號(hào)， 經(jīng)過傳輸媒體 ( 光纜或銅線 ) ，最后在接收端高速串行信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成低速并行信號(hào)。 這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信技術(shù)充分利用傳輸媒體的信道容量，減少所需的傳輸信道和器件引腳數(shù)目，從而大大降低通信成本。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信技術(shù)可以提升信號(hào)的傳輸速度，并且降低通信成本。分類SerDes 結(jié)構(gòu)大致可以分為四類：并行時(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。容易實(shí)現(xiàn)。8B/10B 編碼 SerDes：將每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)映射到 10bit 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

3、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（即發(fā)送相等數(shù)量的 1和 0）。這些屬性使 8B/10BSerDes 能夠在有損耗的互連和光纖傳輸中以較少的信號(hào)失真高速運(yùn)行；嵌入式時(shí)鐘 SerDes：將數(shù)據(jù)總線和時(shí)鐘串化為一個(gè)串行信號(hào)對(duì)。兩個(gè)時(shí)鐘位，一高一低，在每個(gè)時(shí)鐘循環(huán)中內(nèi)嵌串行數(shù)據(jù)流， 對(duì)每個(gè)串行化字的開始和結(jié)束成幀，因此這類 SerDes 也可稱為“開始 - 結(jié)束位 SerDes”，并且在串行流中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)；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)。SERDES技術(shù)最

4、早應(yīng)用于廣域網(wǎng) (WAN)通信。國(guó)際上存在兩種廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：一種是SONET，主要通行于北美；另一種是 SDH，主要通行于歐洲。這兩種廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制訂了不同層次的傳輸速率。 萬兆 (OC-192) 廣域網(wǎng)已在歐美開始實(shí)行， 中國(guó)大陸已升級(jí)到 2.5 千兆 (OC-48) 水平。SERDES技術(shù)支持的廣域網(wǎng)構(gòu)成了國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)?；?SERDES的設(shè)計(jì)增加了帶寬，減少了信號(hào)數(shù)量，同時(shí)帶來了諸如減少布線沖突、降低開關(guān)噪聲、更低的功耗和封裝成本等許多好處。而SERDES技術(shù)的主要缺點(diǎn)是需要非常精確、 超低抖動(dòng)的元件來提供用于控制高數(shù)據(jù)速率串行信號(hào)所需的參考時(shí)鐘 。即使嚴(yán)格控制元件布局，使用長(zhǎng)度短的

5、信號(hào)并遵循信號(hào)走線限制，這些接口的抖動(dòng)余地仍然是非常小的。該論文是對(duì) serdes 接口電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的入門資料，要精讀。以下是對(duì)其重要部分的節(jié)選。（一）Serdes接口的作用和地位？（二）Serdes接口的四種不同架構(gòu)及其區(qū)別我們將以 8b/10b SerDes接口電路的設(shè)計(jì)為目標(biāo)， 爭(zhēng)取用半年的時(shí)間完成其基本設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行不斷改進(jìn)和優(yōu)化。（三）8b/10b SerDes 接口電路的總體結(jié)構(gòu)：SerDes 接口具有多種功能模式，可以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境的需要。這些功能模式包括關(guān)斷模式，工作模式和測(cè)試模式等。（四）8b/10b SerDes 接口電路的組成分析1，性能指標(biāo)：2，頂層電路和端口信號(hào)：

6、電路模塊包括 ：發(fā)送通路 ：輸入寄存器， 8b/10b 編碼器，多路選擇器，并串轉(zhuǎn)換，發(fā)送器，發(fā)送時(shí)鐘產(chǎn)生接收通路 ：接收器，接收時(shí)鐘恢復(fù)，多路選擇，串并轉(zhuǎn)換，解碼，逗點(diǎn)檢測(cè)，輸出寄存器其他：PRBS產(chǎn)生和檢測(cè)，環(huán)回檢測(cè)，關(guān)斷模式，信號(hào)丟失檢測(cè)，預(yù)加重（均衡）等。端口信號(hào)包括 ： T_clk,T_data,TXP, TXN,RXP, RXN,R_clk,R_dataPRBSen, loopen,CDRen, PRE_ctr3，分電路描述發(fā)送時(shí)鐘產(chǎn)生電路：主要基于鎖相環(huán)技術(shù)PLL。接收時(shí)鐘恢復(fù)電路（ CDR）：該電路是設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。重點(diǎn)關(guān)注過采樣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或相位插值拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。8b/10b 編碼和

7、解碼電路：學(xué)習(xí)相應(yīng)協(xié)議進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)即可。Comma 檢測(cè)器電路：學(xué)習(xí)相應(yīng)原理進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)即可。PRBS發(fā)送和檢測(cè)電路：學(xué)習(xí)相應(yīng)原理進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)即可。發(fā)送器及預(yù)加重電路：比較 LVDS和 CML 電路的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)放在 CML 電路的設(shè)計(jì)。接收器及信號(hào)損失檢測(cè)電路： 比較 LVDS和 CML電路的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)放在 CML 電路的設(shè)計(jì)。串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換電路：高速多路選擇器電路：以上所有模塊根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)或工具的不同，可分為以下三類：數(shù)字電路設(shè)計(jì) ：8b/10b 編碼和解碼電路、 Comma 檢測(cè)器電路、 PRBS發(fā)送和檢測(cè)電路模擬電路設(shè)計(jì) ：發(fā)送器及預(yù)加重電路、接收器及信號(hào)損失檢測(cè)電路

8、、串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換電路、高速多路選擇器電路數(shù)?；旌想娐吩O(shè)計(jì) ：發(fā)送時(shí)鐘產(chǎn)生電路，接收時(shí)鐘恢復(fù)電路（CDR）（五）8b/10b SerDes 接口電路設(shè)計(jì)所需軟件工具及技能數(shù)字電路設(shè)計(jì)： Verilog 語言、Debbusy 代碼調(diào)試軟件、 Modelsim 電路仿真軟件、 Design Compiler電路綜合軟件。模擬電路設(shè)計(jì)：Cadence公司的 Virtuoso 電路設(shè)計(jì)軟件和Spectre 電路仿真軟件數(shù)模混合電路設(shè)計(jì)：NC-Verilog電路仿真軟件（六）8b/10b SerDes 接口電路設(shè)計(jì)工作計(jì)劃和任務(wù)分配用一個(gè)月左右的時(shí)間完成 Serdes 基本知識(shí)的準(zhǔn)備和資料收集，并形成

9、個(gè)人工作計(jì)劃，然后用一兩個(gè)月的時(shí)間去完成相應(yīng)設(shè)計(jì)， 再用一個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行總體電路的拼裝和驗(yàn)證等?？傊?，要在半年時(shí)間里完成該電路的基本設(shè)計(jì)。為此，由姚亞峰、曹永敏、陳登、歐陽靖、譚宇組成攻關(guān)小組，每周或每?jī)芍芤ㄆ谶M(jìn)行工作進(jìn)展匯報(bào)。各人分工情況如下：姚亞峰：負(fù)責(zé)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)和檢查督促工作，進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)等。曹永敏：負(fù)責(zé)發(fā)送時(shí)鐘產(chǎn)生電路， 接收時(shí)鐘恢復(fù)電路 （CDR）的資料收集和閱讀，形成個(gè)人工作計(jì)劃， 最終負(fù)責(zé)完成發(fā)送時(shí)鐘產(chǎn)生電路， 接收時(shí)鐘恢復(fù)電路 （ CDR）的設(shè)計(jì)。陳登：負(fù)責(zé)發(fā)送器及預(yù)加重電路、 接收器及信號(hào)損失檢測(cè)電路、 串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換電路、高速多路選擇器電路的資料收集和閱讀， 形成個(gè)

10、人工作計(jì)劃， 最終負(fù)責(zé)完成發(fā)送器及預(yù)加重電路、 接收器及信號(hào)損失檢測(cè)電路、 串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換電路、高速多路選擇器電路的設(shè)計(jì)。歐陽靖：負(fù)責(zé) 8b/10b 編碼和解碼電路的資料收集和閱讀，形成個(gè)人工作計(jì)劃，最終負(fù)責(zé)完成 8b/10b 編碼和解碼電路的設(shè)計(jì)。譚宇：負(fù)責(zé) Comma 檢測(cè)器電路、 PRBS發(fā)送和檢測(cè)電路的資料收集和閱讀，形成個(gè)人工作計(jì)劃，最終負(fù)責(zé)完成 Comma 檢測(cè)器電路、PRBS發(fā)送和檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。具體工作計(jì)劃或進(jìn)展要求：1） 9 月 9 日前將找個(gè)時(shí)間開小組會(huì)議，交流和布置工作如何開展。2） 10 月 1 日前，根據(jù)各人承擔(dān)的設(shè)計(jì)工作， 進(jìn)行相關(guān)資料的收集和閱讀，進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的準(zhǔn)備，提