文 / 姜杰(微信公众号:高速先生)
与并行信号相比,高速串行信号除了减少io口数量,其优势还在于自同步方式,即信号发送的数据流同时包括了数据和时钟信息,从而避免了速率提升带来的时序问题。
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高速串行的实现需要借助串行器、时钟数据恢复(cdr)、解串器以及均衡器等。这样的设备与源同步接口不同,因为接收机设备包含时钟和数据恢复(cdr)电路,可以从数据中直接提取时钟信息,而不是依赖于单独的时钟。关于串行器、时钟数据恢复(cdr)、解串器的详细介绍,请戳这里《高速串行简史(四):开挂的自同步方式就是扫地高僧,你怎么看?》
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高速串行信号在传输过程中,无源通道对信号的衰减具有频率相关性,信号的高频分量损耗更多,因此为得到符合要求的信号,均衡技术被广泛应用。其基本原理就是构造一个与传输通道频响特性互补的滤波器,抵消通道的选择性衰减,从而使整个系统的频响特性更加平坦。按照均衡实现的位置可分为驱动端均衡和接收端均衡,其中,驱动端均衡最常见的方式就是预加重(pre-emphasis)和去加重(de-emphasis)。《de-emphasis学习笔记》
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均衡按照实现的原理可分为线性均衡和非线性均衡,线性均衡又可进一步分为连续时间线性均衡(ctle)和离散时间线性均衡(dle),由于dle一般使用有限冲激响应滤波器(fir)实现,只有前馈部分,故工程中也常被称为ffe。《均衡的秘密之ctle》、《均衡的秘密之ffe》
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码间干扰是高速串行信号质量恶化的主要表现,除了通过加重均衡的方式减少码间干扰,还需要选择合适的码型。不同的编码方式适用于不同的信号协议,一个好的编码方式,除了其本身的算法优化,还要注重效率。其中,对于nrz数据的编码方式,常见的有8b/10b,64b/66b等。《高速信号编码之8b/10b》、《高速信号编码之64b/66b》
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此外,在做高速串行信号仿真时,激励端通常会使用prbs(pseudo-random binary sequence),即伪随机二进制序列,江湖人称伪随机码。由于其码流中的0和1“随机”出现,与真实的数据传输情况非常接近,故经常被用于测试高速串行通道的误码率的情况。《prbs码到底是啥玩意》
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