答題 | 高速串行簡(jiǎn)史（三）：并行通信之源同步方式

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串行通信時(shí)鐘是隨路時(shí)鐘,一般時(shí)鐘是嵌入在數(shù)據(jù)中隨著數(shù)據(jù)一起發(fā)送,典型的是serdes這樣需要在pcs pma端進(jìn)行預(yù)加重,編解碼,直流均衡等,然后解出時(shí)鐘。有點(diǎn)是可以大帶寬傳輸,抗干擾強(qiáng),硬件簡(jiǎn)單,成本小,但是機(jī)理復(fù)雜,需要算法實(shí)現(xiàn),功耗也是一個(gè)因素。帶寬太高會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題

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@ Ben

特點(diǎn):1.采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu),和低壓差分信號(hào),具有高速傳輸能力和良好的抗干擾能力。2.數(shù)據(jù)在發(fā)送端和接收端采用8b/10b編碼,全雙工傳輸通道。優(yōu)點(diǎn):1.總線數(shù)量減少,我們畫(huà)板走線有空間。2.時(shí)序管控簡(jiǎn)單。3.對(duì)外界信號(hào)的干擾有較強(qiáng)的免疫力。4.有提升空間,新材料新工藝不斷涌現(xiàn)。缺點(diǎn):1.速率加快,信號(hào)完整性問(wèn)題更突出,如碼間干擾、走線和電路板損耗等。2.電路板設(shè)計(jì)成本和制造成本增加。

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優(yōu)點(diǎn)是:1.時(shí)鐘通過(guò)編碼,“藏”在數(shù)據(jù)信號(hào)中,只需要考慮一對(duì)差分線,不需要擔(dān)心skew,只考慮jitter.缺點(diǎn)是:速率太快,需要高性能板材,高性能加串解串模塊,需要高速且昂貴的設(shè)備去測(cè)試,成本高。

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特點(diǎn)是將時(shí)鐘信息嵌入數(shù)據(jù)碼中,再通過(guò)CDR電路進(jìn)行提取。優(yōu)點(diǎn)是:減少了走線數(shù)量,降低了等長(zhǎng)要求,減小了低頻抖動(dòng)對(duì)信號(hào)采樣的影響。缺點(diǎn)是:增加了總線開(kāi)銷(xiāo),降低了數(shù)據(jù)傳輸率,增加了電路復(fù)雜度。

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高速串行信號(hào)的時(shí)鐘嵌入到數(shù)據(jù)中,一同通過(guò)串行鏈路傳輸。在接收端對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行恢復(fù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。為了避免連續(xù)的0和連續(xù)的1引起的碼間干擾,同時(shí)提高時(shí)鐘恢復(fù)的效果,通常都會(huì)使用8b10b編碼。因此,傳遞的數(shù)據(jù)中有效數(shù)據(jù)只占了80%,再除去一些控制信號(hào),有效數(shù)據(jù)就更少了,這可以算是一個(gè)缺點(diǎn)吧。

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發(fā)送時(shí)鐘發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入移位寄存器,然后在發(fā)送時(shí)鐘的控制下,將該并行數(shù)據(jù)逐位移位輸出。通常是在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿將移位寄存器中的數(shù)據(jù)串行輸出,每個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)間間隔由發(fā)送時(shí)鐘的周期來(lái)劃分。接收時(shí)鐘 在接收串行數(shù)據(jù)時(shí),接收時(shí)鐘的上升沿對(duì)接收數(shù)據(jù)采樣,進(jìn)行數(shù)據(jù)位檢測(cè),并將其移入接收器的移位寄存器中,最后組成并行數(shù)據(jù)輸出。

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串行通信時(shí)鐘采用嵌入式時(shí)鐘,時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)一同傳輸,在接收端將數(shù)據(jù)與時(shí)鐘分離出來(lái),這樣相比于并行總線的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的時(shí)序要求低。缺點(diǎn)就是,由于時(shí)鐘與數(shù)據(jù)一同傳輸,所以時(shí)鐘占用了一定的數(shù)據(jù)位,有效的數(shù)據(jù)將減少,對(duì)于串行通信的時(shí)鐘,一般都有參考時(shí)鐘,所以對(duì)于參考時(shí)鐘的,紋波以及時(shí)鐘穩(wěn)定性要求較高。并且,串行通信速率較高,對(duì)于信號(hào)完整性的問(wèn)題較為突出。

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串行通信中的時(shí)鐘,優(yōu)點(diǎn)如下:【1】、發(fā)送接收各需要一對(duì)差分即可,不需要考慮時(shí)鐘和數(shù)據(jù)之間的skew、采樣點(diǎn),只需要考慮這對(duì)差分的抖動(dòng)和信號(hào)質(zhì)量;【2】、布局布線空間相對(duì)于并行通信較為寬裕;【3】、抗干擾能力強(qiáng);【4】、相對(duì)于并行通信,傳輸速率會(huì)更高,缺點(diǎn)如下:【1】、由于傳輸速率更高,碼間干擾、反射、衰減、等信號(hào)完整性問(wèn)題會(huì)更突出?！?】、需要性能更好的高速板材,不利于PCB降成本。

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常見(jiàn)的串行通信有同步串行通信和異步串行通信兩類(lèi)。同步串行通信要求發(fā)送端既要傳輸數(shù)據(jù),又要傳輸同步時(shí)鐘,接收端通過(guò)該同步時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)采樣接收,而異步串行通信中發(fā)送端和接收端由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,接收端采用高倍頻采樣時(shí)鐘對(duì)接收信號(hào)電平寬度判斷接收,或根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)解析同步時(shí)鐘,實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的同步接收。相對(duì)于同步串行通信,異步串行通信不需要傳輸同步時(shí)鐘,具有較好的抗干擾能力,尤其在通信端口有限或遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)能較好地節(jié)省資源?？傊型ㄐ诺膬?yōu)點(diǎn)主要是走線數(shù)量少了,等長(zhǎng)要求低了等等;缺點(diǎn)是速率提高后,信號(hào)完整性的要求高了,板材等的要求也高了,時(shí)鐘恢復(fù)等算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高了。