参考文献：

一、绪论

1.1 背景

“串行替代并行”：

串行传输使用差分信号传输以传输更长距离；

并行传输因串扰无法长距离传输；并行线路对信号偏斜量的要求，限制了最大的传输速率。

SerDes=Serializer + Deserializer

Serializer：用于Tx端，译为串行器，将并行数据转化为串行数据（并转串）。

PLL：时钟源，以低速参考时钟作为输入，产生低抖动的高频时钟信号，供给Serializer。

Channel：传输串行信号（数据信号+时钟信号）的物理链路，存在非理想效应。

Equalizer：均衡器，消除链路中的非理想特性。

CDR：时钟数据恢复器，因为时钟和数据是通过同一channel一起传输的，接收端需要区分。

Deserializer：用于Rx端，译为解串器，从串行数据中恢复出并行数据。

高频对背板的影响较大，会使ISI（码间干扰）恶化，因此采用均衡器对信道进行补偿。

二、高速串行链路基础

本质上，高速接口的作用就是保住发射出的信号和接收之后提供给后续电路的信号具有良好的信号完整性。

2.1 随机二进制数据

• 随机二进制数据的特性

长串连续的0或1会给数据恢复等带来影响，因此有通信协议规定了最大连续序列长度。

信号的频率分量的功率随频率增加而大幅下降。

对于Tx端的driver和Rx端的Equalizer来说，其带宽要求无需达到数据率大小，一般来说，达到0.7*数据率即可。

• 低通滤波效应

理想的周期性方波，通过LPF时，其高频分量受到衰减，因此时域上表现出上升时间和下降时间不再为0.

而对于随机二进制数据，连续1的出现，会使输出电平接近V0；连续0的出现，使其接近0，这种输出电平随数据保持时间的变化，导致判决阈的确定十分困难。

以上就是ISI现象：输出信号因输入而出现了“拖尾”。

• 高通滤波效应

为避免直流失调，会在级联的放大器之间引入容性耦合，即采用高通滤波。

但是，高通滤波效应会恶化随机数据的信号完整性：输入的每个电平转换可以立即出现在输出端，但是连续的0或1，会使得输出端的直流电平大幅下降，影响判决。

此现象叫做“直流徘徊”，也是一种ISI问题。

• 噪声对随机数据的影响

信号完整性与带宽存在一个折衷：如果一个放大器的带宽过小，会给随机数据带来严重的ISI；另一方面，如果带宽过大，又将引入过多的噪声。

2.2 背板传输

高速链路上的两种信道类型：①PCB板间通信，即背板通信，在信号路径中有包括连接器和过孔的多种部件，主要用于网络设备、服务器以及路由器中。②PCB单板上的芯片间通信。

• 背板传输相关的信号完整性问题（反射）

信道成为高速运算的一个瓶颈：片外带宽的增长远远滞后于片上带宽。

原因在于片外信道的传输线效应：

• 频率较低时（MHz 量级），信道可以看作点对点传输信号的导线（即信道对于信号是“透明的”），但是当信号数据率增大到一定程度，导线上的寄生电容、电阻和电感会引起很大的电磁辐射和串扰，导致信号的扭曲，恶化了数据码元的信号完整性，此时已不能将导线视为短接了。为了正确估量寄生效应的影响，须将信道设计为传输线，而信号也被视为行波。当行波的波长和传输线的尺寸相当时，传输线效应尤为明显。
• 因此，相比片上互连线，传输线效应更有可能出现在长度更大的PCB 走线上。

大多数走线的特征阻抗Z0为50ohm，为了将信号反射量最小化，端接电阻应该精确地匹配传输线的特征阻抗，即RT=Z0=50ohm。

在发射端和接收端都要端接电阻，以使任意方向上的反射最小化。任何一端端接电阻和特征阻抗失配都会导致波反射。

传输路径中的过孔和连接器也可能是会导致阻抗失配。

反射的危害有两点：①入射波的反射会减少接收端的信号强度；②反射造成信号扭曲（对信号波形的影响）

• 频率相关性损耗与ISI（趋肤效应和介电损耗）

 传输线中存在自感和互感，其影响了电流在导体中的分布。

电流会选择阻抗最小的分布方式，为减小自感，电流倾向于分离开，表现于在导体表面集中。

同时，为了减小互感，电流又倾向于尽可能的靠近。

随着频率的增加，电流向导体表面集中度也越大——“趋肤效应”。

传输线的信号路径和返回路径存在泄漏电流，随着频率的升高，导通电阻下降，使得传输线上的信号高频分量严重衰减——“介电损耗”。

由于介电损耗具有线性的频率相关性，其在高频下占主导，而低频下为趋肤效应造成的损耗占主导，交叉频率（两者相等处的频率）由导体和背板的物理尺寸和材料特性决定。

 背板传输具有明显的低通滤波特性，其对信号的影响在时域上体现为信号的沿变缓，出现“拖尾”现象

 

如图 2-15 所示是背板传输线的单位冲击响应，可以看出脉冲信号被明显展宽，当连续的脉冲出现时，前一个脉冲的拖尾就会影响后一个脉冲的电平。图2-14 是背板信道的低通特性导致的信号拖尾现象。从图中可以看出，一个单脉冲会影响到它附近的码元。这种现象通常被称为码间串扰（ISI）。

三、带宽拓展与均衡技术

带宽直接决定了串行链路信号的质量，如何将多级级联的单元电路总体带宽大于随机数据的乃奎斯特频率（Nyquist frequency）是本课题的难点。另外要求接收端的均衡器在乃奎斯特频率处的增益
达到信道的衰减量。

带宽拓展技术发掘现有工艺的潜力以达到更好的性能，均衡技术则是利用电路的特性来补偿信道的衰减，是保持信号完整性的具体措施。

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