SerDes技术概述 - SerDes是串行器/解串器的简称 采用时分多路复用和点对点串行通信技术 在发送端将多路低速并行信号转换为高速串行信号 在接收端执行反向转换[2] - 相比传统并行接口具有显著优势：减少IO数量达70%以上 缩小封装尺寸 降低布线复杂度 成本降低30%以上 同时有效降低电磁干扰和噪声[2] - 采用差分信号传输技术 最高传输速率超过10Gbps 但系统设计复杂度较高且需要高性能材质通道[2] 核心技术原理 - 通过提高频率带宽和频谱利用率提升数据传输效率 采用信号复用技术实现串并转换 包括时分复用 频分复用 波分复用和码分复用四种主流方式[5][7] - 采用低电压差分信号技术提升带宽 主流LVDS技术通过一对相反信号传输 抗干扰能力强 保持信号完整性[8] - 数模转换通过DAC实现数字信号调制到基带信号 模数转换通过ADC完成 分辨率达8位以上 采样率决定数据还原能力[8][10] 码元与编码技术 - 码元作为最小信号周期内的脉冲信号 可携带多bit数据 码元宽度决定信息容量 比特率与波特率存在倍数关系[13] - NRZ编码每个码元仅携带1bit信息 PAM4编码每个码元携带2bit信息 在相同频率下带宽提升100%[14][17] - PAM4需更高精度数模转换 电路复杂度导致功耗增加40% 延迟增加25% 但信号频率要求降低50%[17] 时钟与信号恢复 - 传统时钟信号并行传输存在带宽限制 超过1Gb/s会出现时钟偏移 SerDes采用CDR技术在接收端恢复时钟[19][22] - CDR技术消除单独时钟布线 减少30%布线冲突 降低设计难度 但需特殊比特序列增加电路复杂度[23][25] - DSP方案先进行数模转换再恢复时钟 支持色散补偿和噪声消除 但功耗比CDR高35% 延迟增加20% 更适合长距传输[23][24] 传输特性与挑战 - 采用实时无损传输机制 理论上无需包头包尾 但芯片内部为校验和通道区分会增加类似开销[25] - 抖动分为随机性抖动和确定性抖动 后者包括周期性抖动 数据相关抖动和占空比抖动 其中数据相关抖动可通过均衡器校正[28] - 噪声表现为幅度偏离 抖动表现为时序偏离 两者可数学转换 随着信号频率提升 抖动噪声影响加剧 差分传输中反向信号会相互干扰[29][31] 技术发展趋势 - 单通道数据率超过30Gbit/s倾向采用PAM4+DSP方案 以下采用NRZ+CDR 国内相关研究较国外存在差距[24] - 新兴CDR技术研发旨在替代DSP方案 实现PAM编码下的低成本和高可操作性 16nm以下DSP方案需大规模出货平摊研发成本[24]