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...

樱桃海弥 · 发表于 2016-10-8 14:58

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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）。

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。

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。

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。

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）。

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：

到了接收端会变成这样的一堆垃圾：

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：

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。

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?
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？

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。

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。

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。

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。

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。

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...