SERDES总结

SERDES主要由物理介质相关（ PMD）子层、物理媒介附加（PMA）子层和物理编码子层（ PCS ）所组成。PMD是负责串行信号传输的电气块。PMA负责串化/解串化，PCS负责数据流的编码/解码。在PCS的上面是上层功能。

SERDES技术主要用来实现ISO模型的物理层，SERDES通常被称之为物理层(PHY)器件。

PCI Express是一种基于SERDES的串行双向通信技术，数据传输速率为2.5G/通道，可多达32通道，支持芯片与芯片和背板与背板之间的通信。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SERDES串行通信技术逐步取代传统并行总线正是这一交汇的具体体现。

基于SERDES的高速串行接口采用以下措施突破了传统并行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：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8B/10B、64B/66B和不规则编码(scrambling)是最常用的编码方案。串行器和解串器负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(PLL)来实现。解串器需要时钟和数据恢复电路(CDR)，时钟恢复电路通常也由锁相环来实现，但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LVDS和CML是最常用的两种差分信号标准。另外还有一些辅助电路也是必不可少的，例如环路(loopback)测试、内置误码率测试等等。

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。SERDES芯片的主要性能指标包括抖动产生、抖动容忍、抖动转移以及系统误码率(BER)等。抖动产生取决于时钟发生电路特别是压控振荡器(VCO)的相位噪声；抖动容忍取决于时钟恢复电路容忍抖动的能力，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10-12)由时钟抖动性能、发送器信号幅度、接收器灵敏度以及链路信道特性共同决定。对于普通FR4印刷电路板而言，趋肤效应和介质损耗导致的码间(intersymbol)干扰是限制背板传输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SERDES芯片的核心技术。信号均衡技术可以在发送端实现，称之为预加重(pre-emphasis)，也可以在接收端实现，例如判决反馈均衡。目前采用先进的均衡技术可以实现40英寸(1米)距离的10G背板传输。

SERDES芯片的设计需要模拟和数字两方面即混合信号的设计经验。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。SERDES芯片普遍采用低成本、低功耗的CMOS工艺，但CMOS工艺往往达不到高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(SSN)和地反弹以及信号串扰。因此保持信号的完整性是混合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SERDES设计不可或缺的一环。当前SERDES设计逐渐IP(知识产权)化，即SERDES收发器作为商业化IP模块而嵌入到需要高速I/O接口的大规模集成电路中

SERDES技术的应用从光纤通信发展到计算机通用I/O接口，其传输媒体也由光纤发展到铜线或背板。InfiniBand是一种采用电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。RapidIO是一种面向嵌入式系统的总线结构，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I/O总线及背板。光互联论坛(OIF)制订了多种光纤通信芯片之间的接口标准，其中公共电气接口(CEI)把背板通信速率提高到6G和11G的水平。作为计算机接口技术从并行向串行的标志性转变，PCI Express将会取代PCI和PCI-X而成为外围设备(网络、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 Express的外围设备板卡。与此同时，PCI Express的应用也向通信领域拓展，基于PCI Express架构的“先进交换”就是面向通信而提出的。PCI工业计算机制造商协会(PICMG)正在制订一系列称之为先进电信计算架构(AdvancedTCA)的规范，包括对背板、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。