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标题: 模拟电路工程师的三大法宝!为了提高数字电路工程师关系的串行传... [打印本页]
作者: 樱桃海弥    时间: 2016-10-8 14:58
标题: 模拟电路工程师的三大法宝!为了提高数字电路工程师关系的串行传...
为了提高单根线的传输速率，必须要讲到我们模拟电路工程师的三大法宝，差分信号（differential signaling），时钟-数据恢复（Clock-Data Recovery，简称CDR），和信道均一化（Channel Equalization，Eq）。

. H( c9 O0 \2 B; K差分信号的好处：不外乎抗干扰能力强，引入的噪声也比较小，虽然必须要两根线，但速度从几百M提高到几G，还是很值得的。7 v0 n! w0 J7 m  g: a" [
; e- s) m: [% |% P7 j+ B
CDR的好处：消灭了skew，减少了时钟的功耗和噪声（但多出了CDR电路本身的功耗和噪声），同时避免了电磁干扰。想想在PCB或者电线上传一个15G的时钟，太带感了，幸亏我们不用做这种事。
; t9 v7 d* `2 `+ T% o! v4 ~& Q0 |5 x, c  z/ |: m+ m
信道均一化 相当值得一提，这才是SerDes高速发展的决定性因素，所以我决定花点文字讲一下。
4 v6 A( W+ a8 |- K2 F4 T
一般来说，真实世界中的信道都是低通特性的，到处都是小电容，所谓绝缘体中的分子在高频情况下吸收电场能量，再加上金属线中的趋肤效应，所以我们想要的高频信号走不了多远就不像样子了，比如下面某信道的频率特性（绿线）。
- G2 e1 N+ {6 l2 v

- ]" k+ v- y: \9 i' Z9 K4 ]& c" w如图所示，在对应28Gbps的频点上，信号能量被衰减了30db，电压幅度只剩3%了；在对应56Gbps的频点上更惨，65db意味着信号电压摆幅剩下不到千分之一。在这种信道中，发送端一个完美漂亮的数据眼图：

1 ^# H% F7 R6 s& j) g / H+ K+ \9 X7 X0 x- ?8 `6 G" p* ^
到了接收端会变成这样的一堆垃圾：
* V$ N; H7 q7 y/ D8 v& T
什么都辨认不出来对吧。但是，经过我们聪明的工程师们一番努力，均一化开关打开，信号就变成了这样：
+ J5 q, A4 C1 X+ n0 V4 U3 d
- y5 ]8 M' O1 L' V8 B
神奇么？我觉得挺神奇的，我认识的电子工程师们第一次看到这个，没人觉得不神奇。
& G9 h* u7 a; W
" N4 R9 i4 m- r& D2 d下面一个重要的问题，既然有了三大法宝，他们只能用在串口上吗?
4 E4 [4 }, Z$ h8 I7 J/ x答案很显然，不是，串口可以用的，我们并口一样可以用。那为什么并口不用呢？

, l1 I8 {7 C  [" ~9 i* n2 `9 x
差分信号这条不用说了，并口的电线本来已经够多了，数目还要再翻一倍？系统工程师会杀人的。
3 Q/ y- |- C) F# V6 W* A! y! ]- v. z
CDR 意义也不大，反正你并口速度也不高，一堆数据线中顺便传下时钟，比做接收端做CDR再采样每一位数据省事多了。
$ }( M% o6 y$ K: A! Y
信道均一化属于屠龙之技，不用差分信号的话也就传几百M，本来就没啥衰减，用这个干啥？还是考虑下各种噪声串扰的问题吧。. q! ^6 ^3 N/ v1 q

& K5 G' p; P7 R- w1 u: ^) e于是答案就呼之欲出了。串口为啥比并口快？是因为串口的特性和应用场景，决定了它更加适合采用一些可以提高单根信道速率的设计方法，这些方法用在并口上并不合适。
6 g8 s& h: b+ Z8 G, l5 [: ~
- b# {6 W+ E, j9 `2 k  \从现有的应用看来，需要持续稳定高带宽的应用，往往使用高速串行接口，一根带宽不够再加一根，各种视频网络应用，基本如此。而一些历史遗留速度不高的应用，还有一些需要突发性高带宽的应用，并口仍然存活，比如很特殊的DDR。虽然XDR/GDDR/HMC/HCM这些新标准都在试图引入SerDes， 但DRAM行业的特殊性还是让并口继续存活着。
* ?; G, T2 M  q" b8 ]2 o
$ c; I7 G  X1 y0 }8 K# Z3 C% p" K这个答案清楚明晰的指出了几乎所有串口的优势，但是忘了提及一点，这些优势其实是三大法宝带来的，并非串口与生俱来。就像小强开车小明走路，小强自然快很多，但并非他天生就快，而是因为小明腿短够不到油门。haha...
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作者: siriusran    时间: 2016-10-10 11:47
感謝分享！
作者: 1005196332    时间: 2016-11-23 16:40
赞赞赞赞:)赞:)9 X) V  m  l' L6 ^
作者: Plom    时间: 2016-11-23 21:30
感谢分享
作者: solarengin    时间: 2016-12-5 23:04
看看
作者: lien0929    时间: 2017-2-9 16:34
谢谢分享
作者: 75484702    时间: 2017-3-13 19:57
高大上，
作者: hhawwl    时间: 2017-8-24 09:49
发展的决定性因素，所以我决定花点文字讲一下。



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