SerDes的原理解析

1.減少布線沖突（非獨立時鐘嵌入在數據流中，解決了限制數據傳輸速率的Signal時鐘的Jilter問 題）；帶寬高 ；

2.引腳數目少 ；

3.抗噪聲、抗干擾能力強（差分傳輸）；

4.降低開關噪聲；

5.擴展能力強；

SerDes支持非常多的的主流工業標準，比如Serial RapidIO ，FiberChannel（FC），PCI-Express （PCIE），Advanced Switching Interface，Serial ATA（SATA），1-Gb Ethernet，10-Gb Ethernet（XAUI），Infiniband 1X，4X，12X等。

SerDes收發器內部的電路物理層結構圖

3.PMD層，負責串行信號通信。

涉及模塊：

1.TXPLL：這個模塊主要使用具有1ps以下的抖動的時鐘為參考，輸出數GHZ級的時鐘。

2.RXCDR(時鐘恢復）：這個模塊是一個復雜的控制回路，作用是來追蹤傳入數據的平均相位， 并不管Path上的任何SI或失真，通常是通過復雜的相位旋轉器或CDR驅動的鎖相環來完成的。

3.TXdriver：這個模塊把序列化模塊轉化為差分信號。

4.RX均衡器：此模塊用連續的時間均衡器以及DFE（裁決反饋均衡器）來均衡高速效應，通常 需要一個自動增益的電路來促進均衡效果，RX均衡器通常以狀態機邏輯和軟件的形式來實現 自動校準。

2.接收（RX）即串轉并 簡單的來說就是輸入的串行信號經過線性均衡器均衡后，去除了高速時鐘的jilter后，CDR從數 據中恢復Caputure時鐘，并通過解串器轉為對齊的并行信號，由驅動發出。

1、SerDes的前輩：LVDS SerDes，其中LVDS應該是大家比較熟悉的，這里不會展開，主要就是LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」制定了標準規格的串行接口用物理層規格，為很多串行差分總線的發展奠定了基礎。

差分信號示意圖

差分信號與傳統的一根信號線一根地線（即單端信號）走線的做法相比，其優缺點分別是。

為了實現高速數據傳輸，有多種差分技術可供選擇。這些差分技術都有差分信號幾個共同的優點，但是在性能、功耗和應用場景上有很大的區別。下圖列舉了最常用的幾種差分信號技術和它們的主要參數。

各種差分技術的工業標準

LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」制定了標準規格的串行接口用物理層規格（圖1）。通過驅動3.5mA的穩定電流電源，可在100Ω終端時，以350mV這樣非常低振幅的差動信號來高速傳送數據。其數據傳輸速度在規格內限定最大為655Mbit/秒。但這并不是極限值。通過各半導體廠商獨有的加工，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。

LVDS的差動信號波形的具體示例請見圖2。

? ? ? 將2根差動信號--正電極信號（A+）和負電極信號（B?），以1.2V的共同電壓（Voc）為中心，使2個信號間以350mV的電位差擺動。然后，用探針測定示波器的差動，會得到圖2這樣的信號波形。這就是兩個信號的振幅差（（A+）?（B?））。以差動探針測定，就能得到振幅差的計算結果。但是這樣的信號波形并不是物理存在的。

現在，LVDS SerDes有多種產品在銷售中。接下來將以THine Electronics的產品系列為例進行詳細介紹。

圖5是LVDS SerDes的基本構成。

1、在工作電壓為3.3V的普通產品以外，可在串行轉換器上按照LVDS規格的同時提供1.8V的低工作電壓的產品。一般情況下電源電壓降低，LVDS規格中限定的1.2V的輸出共通電壓（Voc）就很難保持。在一些同行業的競爭對手生產的低電壓產品中，Voc就常常會低于1.2V。但THine Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達到1.8V的低工作電壓環境時，輸出共通電壓（Voc）在到達收信側的串行解串器時仍能維持最合適的1.2V。

2、產品涵蓋可應對單連接和雙連接的各個系列。比如RGB各10bit的圖像信號傳送用單連接的串行轉換器「THC63LVD103D」和串行解串器「THC63LVD104C」，其雙連接版則為串行轉換器「THC63LVD1023B」和串行解串器「THC63LVD1024」。使用雙連接產品可以簡單地使數據傳送帶寬放大。比如單連接產品最多只能對應1080I；但使用雙連接產品可以對應1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙連接產品，具體產品有串行轉換器「THC63LVD823B」和串行解串器「THC63LVD824A」等。這些產品可以應用于基板間及機箱內通路寬度較寬的數據通信用途上。

3、我們還有可以選擇使用脈沖上升沿或脈沖下降沿來控制取得數據的時間的產品。在液晶屏等用途上會用脈沖下降沿；但一般的數據傳輸時所使用的串行接口則會使用脈沖上升沿。我們的產品中產品型號上如LVDR這樣帶「R」的產品是對應使用脈沖上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產品則是對應使用脈沖下降沿。「LVDM」和「LVD」的產品則可以同時對應兩種方式；可以通過pin設定來決定使用哪一種。

4、我們還有RepeaterIC產品。型號是「THC63LVD1027」。使用RepeaterIC，可以在接收LVDS SerDes輸出的信號后，吸收通過配線時產生的扭曲及波動，調整成電壓軸和時間軸都在理想狀態下的LVDS信號后再一次傳輸（圖6）。



? ? ?這樣就可以使數據的傳輸距離（配線長度）大幅度加長。將其設置在傳送路徑的中部可使傳送距離（配線長度）延伸2倍。此外，還能使至今仍很困難的1個頻的圖像信號輸入分配到2頻這樣一種LVDS SerDes的信號分配成為可能（圖7）。



5、可對應的時鐘頻率范圍在8M～160MHz這一較大范圍。比如「THC63LVD103D」等產品就能對應較大的時鐘頻率范圍。頻率范圍大就能適用于各種并串通路；也能提高設計的靈活性。

6、我們還有將LVDS的輸出控制在更低振幅的產品。如前所述：LVDS SerDes一般在3.5mA的電流電源與100Ω的終端阻力下使用。因此振幅也在350mV。使用LVDS低振幅型的RS（Reduce Swing），可使振幅降低到200mV。因此可以抑制EMI達到低耗電。

? ? ?此外，我們還有適合搭載在攝像機模組等小型電子設備上的、實際面積為5mm×5mm及超小的49pin VFBGA封印產品；適用車載設備的則有工作溫度范圍在?40～＋105℃這樣廣的范圍下的產品；這些都是我們的特點。

? ? ?綜上所述，THine Electronics有著眾多LVDS SerDes產品，可以對應各種不同用途。但是，僅靠LVDS SerDes還不能滿足所有的串行接口需求。要對應要求有４K的倍速和鮮艷的色彩、8K這樣的高分辨率信號以及高速的遠距離傳輸的用途就比較困難。因此THine Electronics開發出了更高速的串行接口技術。

? ? ?過渡調制差分信號，也被稱為最小化傳輸差分信號(TMDS:Transition Minimized Differential signal)，是指通過異或及異或非等邏輯算法將原始信號數據轉換成10位，前8位數據由原始信號經運算后獲得，第9位指示運算的方式，第10位用來對應直流平衡（DC-balanced，就是指在編碼過程中保證信道中直流偏移為零，電平轉化實現不同邏輯接口間的匹配），轉換后的數據以差分傳動方式傳送。

? ? ?過渡調制差分信號，也被稱為最小化傳輸差分信號，是指通過異或及異或非等邏輯算法將原始信號數據轉換成10位，前8位數據由原始信號經運算后獲得，第9位指示運算的方式，第10位用來對應直流平衡（DC-balanced，就是指在編碼過程中保證信道中直流偏移為零，電平轉化實現不同邏輯接口間的匹配），轉換后的數據以差分傳動方式傳送。這種算法使得被傳輸信號過渡過程的上沖和下沖減小，傳輸的數據趨于直流平衡，使信號對傳輸線的電磁干擾減少，提高信號傳輸的速度和可靠性

? ? ?在上世紀九十年代晚期，Silicon Image公司開始采用面板連接、數字可視接口(DVI)和高清多媒體接口(HDMI)的形式向顯示行業推廣其所有權標準——最小化傳輸差分信號(TMDS:Transition Minimized Differential signal)。在該情況下，發射端混合了具有在銅導線上降低EMI特性的更高級編碼算法，從而使得接收端具有健壯的時鐘恢復性能。

? ? ?8位/10位編碼是一個二階處理，它是將一個8位的輸入信號轉換成10位的編碼。和LVDS相似的是，它采用了差分信號來降低EMI及提高精確的信號傳輸速率。還和LVDS相似的是，它是一個串行的傳輸設計。

? ? ?應用:?DVI技術已成功的應用于PC領域，HDMI技術也成功的推向了消費電子市場。但是，TMDS并沒有因此成為廣泛使用的面板接口標準。相反，沒有專利費的LVDS已被普遍使用。此外，當前的DVI版本并不能更新，而且具有物理上、功能上及成本上的局限。

? ? ?目前HDMI高清線普遍采用的就是TMDS算法，HDMI把視頻信號分為R、G、B、H、V五種信號用TMDS技術編碼。TMDS把這三個通道傳輸R、G、B三原色，HV編碼在B信號通道里面傳輸，R、G的多余位置用來傳輸音頻信號。

HDMI 4:1 Mux &?Repeater - ISL54100 (with CDR Regeneration)

今天小編帶來了：ISSCC2023套餐，里面有文章、Short Course、PPT、Tutorial等，同學可以拿回去自己學習研究。