一文详解Xilinx高速收发器Serdes
serdes芯片
SerDes芯片什么是SerDes芯片？SerDes（Serializer/Deserializer）芯片是一种用于将串行数据流转换为并行数据流（Serializer）或将并行数据流转换为串行数据流（Deserializer）的集成电路芯片。
它通常用于高速通信和数据传输系统中，如计算机网络、数据中心以及通讯设备等。
SerDes芯片的主要功能是将传输的数据进行编码、解码和时钟恢复，以提供可靠的数据传输。
SerDes芯片的工作原理SerDes芯片包含两个主要部分：Serializer和Deserializer。
•Serializer: Serializer将并行数据输入转换为高速串行数据输出。
它接收来自数据源的并行数据，对其进行编码和打包，然后将数据以串行方式发送出去。
Serializer通常使用各种编码技术（如8B/10B编码或64B/66B编码）来提高数据传输的可靠性和效率。
•Deserializer: Deserializer将高速串行数据输入转换为并行数据输出。
它接收并解析串行数据流，并对其进行解码和解包，然后将数据以并行方式输出。
Deserializer还负责时钟恢复和数据时序重建，以确保数据的准确性。
SerDes芯片工作原理SerDes芯片工作原理SerDes芯片的应用SerDes芯片广泛应用于各种高速数据传输场景和领域，下面是一些常见的应用：1.数据中心：在大规模数据中心中，SerDes芯片用于处理服务器之间的高速数据通信，如服务器间的互连、网络交换和存储等。
2.通讯设备：SerDes芯片在传统的通讯设备中发挥着重要的作用，如路由器、交换机、调制解调器等。
3.汽车电子：在汽车领域，SerDes芯片被用于汽车网络和传感器系统中，如汽车内部通信总线和高速数据连接。
4.无线通信：SerDes芯片在5G通信、光纤通信等领域中扮演着关键的角色，提供可靠的数据传输和高速数据解析能力。
SerDes芯片的优势SerDes技术的出现带来了一系列的优势，使得其成为高速数据传输的首选方案之一：1.传输速率高：SerDes芯片能够实现非常高的数据传输速率，远远超过传统的并行传输方式。
SerDes知识详解一、SerDes的作用
SerDes知识详解一、SerDes的作用1.1并行总线接口在SerDes流行之前,芯片之间的互联通过系统同步或者源同步的并行接口传输数据,图1.1演示了系统和源同步并行接口。
随着接口频率的提高，在系统同步接口方式中,有几个因素限制了有效数据窗口宽度的继续增加。
时钟到达两个芯片的传播延时不相等(clock skew)并行数据各个bit的传播延时不相等(data skew)时钟的传播延时和数据的传播延时不一致(skew between data and clock)虽然可以通过在目的芯片(chip #2)内用PLL补偿时钟延时差(clock skew)，但是PVT变化时，时钟延时的变化量和数据延时的变化量是不一样的。
这又进一步恶化了数据窗口。
源同步接口方式中，发送侧Tx把时钟伴随数据一起发送出去, 限制了clock skew对有效数据窗口的危害。
通常在发送侧芯片内部，源同步接口把时钟信号和数据信号作一样的处理，也就是让它和数据信号经过相同的路径，保持相同的延时。
这样PVT变化时，时钟和数据会朝着同一个方向增大或者减小相同的量,对skew最有利。
我们来做一些合理的典型假设，假设一个32bit数据的并行总线，a)发送端的数据skew = 50 ps ---很高的要求b)pcb走线引入的skew = 50ps ---很高的要求c)时钟的周期抖动jitter = +/-50 ps ---很高的要求d)接收端触发器采样窗口= 250 ps ---Xilinx V7高端器件的IO触发器可以大致估计出并行接口的最高时钟= 1/(50+50+100+250) = 2.2GHz (DDR)或者1.1GHz (SDR)。
利用源同步接口，数据的有效窗口可以提高很多。
通常频率都在1GHz以下。
在实际应用中可以见到如SPI4.2接口的时钟可以高达DDR 700MHz x 16bits位宽。
DDR Memory接口也算一种源同步接口，如DDR3在FPGA中可以做到大约800MHz的时钟。
高速串行收发器原理及芯片设计
高速串行收发器原理及芯片设计
高速串行收发器（SerDes）是一种用于在半导体芯片之间传输高速数据的电子组件。
它们通常用于将数据从一个芯片传输到另一个芯片，例如在计算机、服务器、移动设备和其他电子设备中。
SerDes能够以高速收发数据，因而在许多应用中都扮演了重要角色。
SerDes的原理是使用交替高低电平的信号，将并行数据转换为串行数据，以便通过单个通道传输。
在接收端，通过解码技术将串行信号转换为并行信号，以便在远端接收所有数据。
为了支持高速传输，SerDes需要使用多种技术。
首先是提供高电流和低电阻的电缆和接口。
其次是使用低功耗的工艺和设计技术，以减少功耗和热量，保证设备在长时间工作时不会损坏。
SerDes芯片的设计要具有高集成度、低功耗、高速度、低噪声等特点。
此外， SerDes芯片还需要具有高度的稳定性，以确保在不同的传输环境（例如热、噪声等）中稳定工作。
为了实现这些目标，SerDes的设计通常结合多种技术，包括测试、仿真、优化设计等等。
总之，高速串行收发器在现代电子设备中扮演了重要的角色，能够支持高速数据传输和接收，为设备之间的数据传输提供了一种高效的解决方案。
SerDes的设计和实现是一项复杂的任务，需要充分考虑各种因素，以确保芯片具有高性能和高可靠性。
FPGA高速收发器
FPGA高速收发器设计准则高速收发器(SERDES)的运用范围十分广泛，包括通讯、计算机、工业和储存，以及必须在芯片与芯片/模块之间、或在背板/电缆上传输大量数据的系统。
但普通高速收发器的并行总线设计已无法满足现在的要求。
将收发器整合在FPGA中，成为解决这一问题的选择办法。
高速设计用FPGA具备嵌入式数Gb收发器的低功耗FPGA架构，它能让设计人员利用高生产率的EDA工具提供实体层和逻辑层建构模块，研发出低成本的小型系统，使得设计师能够快速解决协议和速率的变化问题，以及为了提高性能和增加新功能时，必须进行设计修改所面临的重新编程问题，这些迫切需求的灵活性无法在ASIC和ASSP方案中获得。
FPGA提供了一种单芯片解决方案，克服了多芯片方案中的互通作业、布线和功率问题。
FPGA中的收发器在克服讯号完整性问题的同时，也能工作在一系列不同的系统或协议环境中。
收发器选择考虑收发器的选择对于要获得所需的功能设计而言相当关键。
设计师必须在设计初期阶段就分析收发器的功能和性能，并融合频宽需求、协议、多媒体类型、EMC和互通作业性所决定的设计准则指导选择。
收发器的选择应该包括规格的符合性验证；针对抖动、噪音、衰减和不连续性等不利条件下的免疫能力或补偿能力；以及应用中的传输媒介的类型。
根据目前多数组件存在的收发器错误纪录，不难发现将混合讯号收发器整合在数字电路FPGA中仅取得了有限的成功。
因此，系统设计师在验证市场需求时要特别小心，要紧盯着制程、电压、温度、核心以及I/O端口，还有硅芯片生产能力等各方面的验证工作。
评估收发器发射性能的重要工具是眼图。
这是建构在一系列分层PRBS周期上的发射机波形图量度。
透过利用眼状模板，眼图可用来显示特定指针的符合性。
如果波形没有侵占眼图模板的张开区，通常意味着它符合抖动、噪音和幅度指针。
另外，为确保采用随机性较高的PRBS序列，并将在示波器上撷取的波形采样数量减到最少，以便它们不会被错误地表征较差的PRBS性能，需要一个非常谨慎的方案。
理解SerDes之二
理解SerDes之二2.3接收端均衡器( Rx Equalizer)2.3.1 线形均衡器(Linear Equalizer)接收端均衡器的目标和发送均衡器是一致的。
对于低速(<5Gbps)SerDes，通常采用连续时间域，线性均衡器实现如尖峰放大器(peaking amplifier), 均衡器对高频分量的增益大于对低频分量的增益。
图2.8为一个线性均衡器的频域特性。
通常工厂会对均衡特性封装为数种级别，可以动态设置，以适应不同的信道特性，如High/Med/Low等。
Figure 2.8 Frequency Response of A peaking Amplifier based Rx Equalizer2.3.2 DFE均衡器(Decision Feedback Equalizer)对于高速(>5Gbps)SerDes，由于信号的抖动(如ISI相关的确定性抖动)可能会超过或接近一个符号间隔(UI, Unit Interval), 单单使用线性均衡器不再适用。
线性均衡器对噪声和信号一起放大，并没有改善SNR或者说BER。
对于高速SerDes，采用一种称作DFE (Decision Feedback Equalizer)的非线性均衡器。
DFE通过跟踪过去多个UI的数据(history bits)来预测当前bit的采样门限。
DFE只对信号放大，不对噪声放大，可以有效改善SNR。
图2.9演示了一个典型的5阶DFE。
接收的串行数据由比较器(slicer)来判决0或者1，然后数据流由一个滤波器来预测码间干扰(ISI)，再从输入的原始信号中减掉码间干扰(ISI)，从而的到一个干净的信号。
为了让DFE均衡器的电路工作在电路线形范围内，串行信号先经过VGA自动控制进入DFE的信号幅度。
为了理解DFE的工作原理，先来看一个10Gbps背板的脉冲响应，这个背板模型是matlab给出的一个基于实测的模型，具有典型特性。
高速serdes电路结构
高速serdes电路结构摘要：一、高速serdes电路概述二、高速serdes电路设计要点1.电源完整性设计2.信号完整性设计3.电磁兼容性设计三、高速serdes电路应用领域四、高速serdes电路未来发展趋势正文：高速serdes电路概述随着科技的快速发展，数据传输速率越来越快，传统的串行通信技术已经无法满足高速数据传输的需求。
于是，高速serdes电路应运而生。
Serdes是Serializer/Deserializer的缩写，即串行器/并行器，它是一种高速串行通信技术。
通过将串行数据转换为并行数据，可以大幅提高数据传输速率。
高速serdes电路设计要点1.电源完整性设计在高速serdes电路设计中，电源完整性（Power Integrity，PI）设计是非常重要的。
电源噪声和供电电压的波动会影响serdes的性能，降低数据传输速率和可靠性。
因此，在进行电源完整性设计时，需要考虑电源系统的稳定性、电源去耦、电源噪声滤波等方面。
2.信号完整性设计信号完整性（Signal Integrity，SI）是高速serdes电路设计的另一个关键要点。
在高速信号传输过程中，信号的波形失真、上升沿和下降沿的振荡以及串扰等问题会影响信号的质量。
为了保证信号的完整性，需要对信号传输路径进行优化，降低信号的阻抗，提高信号的传输能力。
3.电磁兼容性设计电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）是高速serdes电路设计中需要考虑的另一个因素。
高速信号传输过程中会产生电磁干扰，影响其他电子设备的正常工作。
因此，在设计高速serdes电路时，需要考虑电磁兼容性，采取有效的屏蔽和滤波措施，降低电磁干扰。
高速serdes电路应用领域高速serdes电路广泛应用于各种高速数据传输场景，如数据中心、通信设备、显卡、硬盘等。
在这些应用中，高速serdes电路可以实现高速数据传输，满足设备对数据处理和传输的需求。
高速serdes电路结构
高速serdes电路结构摘要：1.高速SerDes 电路的背景和需求2.高速SerDes 电路的结构和关键技术3.高速SerDes 电路在PCB 设计中的应用要点4.高速SerDes 电路的未来发展趋势正文：随着云计算和网络应用的普及，数据中心和云计算服务商对于高速、高带宽的网络连接需求不断提升。
高速SerDes（Serializer/Deserializer）电路作为一种可以将串行数据转换为并行数据，或将并行数据转换为串行数据的芯片，因此在数据中心、云计算、存储和网络设备等领域中得到了广泛应用。
一、高速SerDes 电路的背景和需求SerDes 电路在电子设备中扮演着数据传输的重要角色，尤其是在高速数据传输的场景下。
例如，在10Gbps 的以太网应用中，SerDes 电路将10Gbps 的并行数据转换为串行数据，以便在网络传输中更加高效。
同时，SerDes 电路还需要具备较高的信号完整性、抗干扰能力和稳定性，以保证数据传输的准确性和可靠性。
二、高速SerDes 电路的结构和关键技术高速SerDes 电路主要包括以下几个部分：1.串行化模块：将并行数据转换为串行数据，需要对数据进行编码、缓存和抖动等处理。
2.串行传输模块：将串行数据按照时序要求进行传输，需要考虑信号的完整性、抗干扰能力和稳定性。
3.解串行化模块：将串行数据转换为并行数据，需要对数据进行解码、去抖和缓存等处理。
4.并行传输模块：将并行数据按照时序要求进行传输，需要考虑信号的完整性、抗干扰能力和稳定性。
高速SerDes 电路的关键技术包括：1.编码技术：为了提高信号的抗干扰能力，需要采用一定的编码技术对数据进行编码。
2.抖动技术：为了保证信号的稳定性，需要采用一定的抖动技术对数据进行抖动。
3.缓存技术：为了保证数据传输的流畅性，需要采用一定的缓存技术对数据进行缓存。
4.时序控制技术：为了保证数据传输的准确性，需要采用一定的时序控制技术对数据进行控制。
高性能FPGA中的高速SERDES接口
高性能FPGA中的高速SERDES接口引言串行接口常用于芯片至芯片和电路板至电路板之间的数据传输。
随着系统的带宽不断增加至多吉比特范围，并行接口已经被高速串行链接，或SERDES （串化器/ 解串器）所取代。
起初， SERDES是独立的ASSP或ASIC器件。
在过去几年中已经看到有内置SERDES 的FPGA器件系列。
这些器件对替代独立的SERDES器件很有吸引力。
然而，这些基于SERDES的FPGA往往价格昂贵，因为它们是高端（因而更昂贵） FPGA器件系列的一部分。
莱迪思半导体公司在这一领域一直是先驱者，已经推出了两款低成本带有SERDES的 FPGA器件系列，在2007年推出了LatticeECP2M，最近又推出了 LatticeECP3 。
ECP2M 和ECP3 FPGA为设计者提供了两全其美的产品：一种高性能、低成本具有内置高性能SERDES 的FPGA。
这些器件为设计人员提供一个低成本综合平台，以满足他们设计下一代产品的需求。
莱迪思还为客户提供了高性能具有SERDES的FPGA器件系列LatticeSC /M，芯片上拥有额外的ASIC IP。
莱迪思的SERDES设计超过了各种常用协议规定的严格的抖动和驱动需求。
LatticeECP2M和LatticeECP3的低成本、高性能带有SERDES功能的FPGA系列为用户设计下一代系统提供了一个很好的平台。
器件的一些亮点如下：∙低功耗：工作于3.2Gbps的速率时，每个通道功耗额定为90mW 。
∙针对芯片至芯片和小型背板（不超过40英寸的FR - 4 ），能可靠传输和恢复串行信号。
∙嵌入式物理编码子层块，支持流行的串行协议，如1吉比特以太网，10吉比特以太网（XAUI ）、PCI Express 、Serial RapidIO SMPTE 。
∙支持无线协议，如CPRI 、OBSAI等，包括用于实现多跳的一个低延迟变化选择。
∙灵活的SERDES模块：多个标准/协议可以混合于单个模块中。
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一文详解Xilinx高速收发器Serdes
一、为什么要用Serdes
传统的源同步传输，时钟和数据分离。
在速率比较低时（《1000M），没有问题。
在速率越来越高时，这样会有问题
由于传输线的时延不一致和抖动存在，接收端不能正确的采样数据，对不准眼图中点。
然后就想到了从数据里面恢复出时钟去采样数据，即CDR
这样就不存在延迟不一致的情况，有轻微的抖动也不会影响采样（恢复的时钟会随着数据一起抖动）。
二、为什么要用8b10b，64b66b？
1 提供足够的跳变来恢复时钟
这样还有问题，收发两端必须共地，但往往很难实现。
于是采样差分信号传输，为了防止共模电压在接收端导致电流过大，使用电流驱动模式。
看到接收端有电容进行交流耦合，隔直流。
这样又带来一个问题，需要DC平衡。
所以有了下面另一个原因。
2 DC平衡，即0和1的数量要相等。
3 run length，0和1连续出现的最大长度
AGC自动增益控制需要交流分量才能实现放大
4 comma码，K码
在serdes上面的高速串行流在接收端需要重新串并转化成多字并行，怎么找到字的边界进。