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高速串口技术如何突破板级连接限制

2019-10-22 11:38:41 来源: 责任编辑:责任编辑NO。许安怡0216

但在信号完整性上,USB4对体系规划提出了更大应战。能否以比较廉价的板材,完成USB4传输速度,成为USB4遍及初期所面对的检测。

文︱王树一

图︱硅谷数模

虚拟现实(VR)对显现技能的要求有多高?在硅谷数模半导体有限公司全球总部发动典礼暨IC高速衔接及显现技能研讨会上,小派科技首席执行官翁志彬表明,要做到明晰不晕厥,虚拟现实产品至少要支撑4K画质,所以对分辨率与刷新率的要求都极高,“现在的VR设备,PPI要支撑1000以上,刷新率要到144Hz以上,今后的要求还会更高。”

高分辨率与高刷新率都对体系的数据带宽提出了更高要求。为满意不同显现设备的需求,职业里存在多种总线标准,如DisplayPort、HDMI、MIPI等,这些总线大都选用高速串行总线(SEDES)技能,近年来以SEDES为代表的高速I/O技能发展很快。是德科技资深技能顾问李凯表明,高速I/O总线的发展趋势有三点,即更高速率、更多通道、更杂乱,从速度来看,大约每四五年翻一倍。2019年前后,USB4、PCIe5.0等高速I/O技能标准密布更新,这意味着,高速I/O接口速度将从单通道10Gbps以内,跳到单通道10Gbps以上。

以USB4为例,作为USB标准安排USB-IF在2019年8月底推出的新一代USB技能标准,USB4最高支撑40Gbps传输速率,该速率可一起驱动两台4K显现器。USB4支撑多种数据和显现协议(DisplayPort、PCIe等),能够有用同享最大带宽。此外,USB4还向后兼容 USB 3.2,USB 2.0 ,并支撑Thunderbolt 3。用睿思科技现场使用总监David Lee的话说便是,在USB4年代,USB现已不只是传输数据的标准,而是打通了一条全新的高速公路,无论是音视频,仍是其他格局的数据,都能够在这条路上走,“在物理层都用SERDES,USB4有望统一天下”。

USB4协议进一步降低了体系规划难度,只需求USB C口衔接,就能够完成终端体系简直悉数的对外接口功用,大大降低了体系规划难度。但这是以添加芯片规划杂乱度为价值而得到的,要支撑USB4标准,芯片必定需求更杂乱的信号调制机制,更杂乱的预加剧处理办法,也更难完成功能、功耗与本钱的平衡。

但在信号完整性上,USB4对体系规划提出了更大应战。能否以比较廉价的板材,完成USB4传输速度,成为USB4遍及初期所面对的检测。

硅谷数模资深营销司理Joseph Juan曾撰文指出,高速信号在经过电缆或PCB传输时,衰减现象很严重,甚至会导致信号畸变。长度为25厘米至30厘米的传输线就会带来20dB或以上的通道插入损耗。此外,反射、串扰、噪声和散射都会导致信号完整性恶化,假如信号完整性下降太多,最终将无法在接纳端成功康复传输的信号。

在研讨会上,硅谷数模资深体系总监肖勇也举例说明,智能手机从使用处理器到DisplayPort接口的PCB走线只要8到16厘米,但会给DisplayPort信号带来8到10dB的衰减,这时候通道速率只能从标准的8.1Gbps降为5.4Gbps,才干进行正确传输。

为减轻信号质量衰减,须在高速串行链路参加中继器,以康复被损耗的信号质量,滤除随机噪声和体系噪声,使中继器后输出的信号满意标准要求。现在有两种类型的中继器,即时钟重建中继器(Retimer)与驱动重建中继器(Redriver)。时钟重建中继器既对来自上游的信号进行均衡以补偿传输线损耗,又使用时钟数据康复(CDR)电路来康复时钟,并以此来对每一位数据进行重整,最终将信号质量康复的信号,传送至下流信道。驱动重建中继器只对上游信号进行均衡,并不包括CDR电路,所以不会进行时钟康复与数据重整。

肖勇表明,比较Redriver,Retimer具有显着优势,例如自适应均衡、CDR与信号重整,可滤除随机颤动,可康复整条链路损耗预算,在不影响数据传输质量的前提下可操作性最强,以及低功耗等。

在一个USB C线缆衔接的事例中,假定其体系损耗预算为23dB,假如不加时钟重建中继器,那么一根80厘米的USB C线缆即有可能让体系损耗超越23dB。而参加时钟重建中继器,则可在全链路根本保持23dB的损耗裕量。

上述事例虽然是在USB 3.2或DisplayPort衔接的基础上完成,但对USB4体系,原理是相同的。所以,在信号通道中布置时钟重建中继器,能够打破板级衔接对高速串行总线的功能约束,在削减板级规划难度的基础上,完成高速串行衔接新标准所标称的功能。

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