了解SERDES基础概念，快速进入高速系统设计
在目前主流厂商的高端fpga 中都集成了serdes（串并收发单元）硬核，如altera的stratix iv gx器件族内部集成的serdes单通道支持600mbit/s到8.5gbit/s数据熟率，而stratix iv系列器件族还集成支持150mbit/s到1.6mbit/s的高速差分信号接口，并增强了其动态相位调整（dpa,dynamic phase alignment）特性；xilinx的virtex ii pro内嵌的serdes单通道支持622mbit/s到3.125mbit/s的数据速率，而virtex ii pro x内嵌的serdes单通道支持2.488gbit/s到10.3125gbit/s的数据速率；lattice的高端sc系列fpga内嵌的serdes单通道支持622mbit/s到3.4gbit/s的数据速率，而其多款可编程系统级芯片fpsc（fpsc,field programmable system chip）内嵌的不同性能的serdes单通道支持400mbit/s到10.709gbit/s的数据速率。
在fpga中内嵌诸如serdes的硬核，可以大大地扩张fpga的数据吞吐量，节约功耗，提高性能，使fpga在高速系统设计中扮演着日益重要的角色。
在阐述serdes基础概念的基础上，讨论stratix iv gx的serdes与dpa结构，通过对典型高速系统设计举例和对高速pgb设计注意事项的介绍，引领读者进入高速系统设计的世界。
serdes的基础概念
这里将介绍serdes的基本概念，并介绍serdes相关的专有名词:眼图(eye-diagram)、眼图模板、抖动(jitter)、容忍度(tolerance)、功耗(power consumption)、预加重(pre-emphasis)、均衡(equalization)、8b/10b编码等。
serdes的概念
serdes是serializer和deserializer的英文缩写，即串行收发器。顾名思义，它由两部分构成:发端是串行发送单元serializer，用高速时钟调制编码数据流；接端为串行接收单元deserializer，其主要作用是从数据流中恢复出时钟信号，并解调还原数据，根据其功能，接收单元还有一个名称叫cdr( clockand data recovery,时钟数据恢复器)或cru( clock recoveryunit,时钟恢复单元)。如图，所示为10根数据线的串行传输和解串行接收示意图，10 根100mhz的信号线入serdes器件产生串行码流，时钟也调制到码流内，反过来通过它恢复并行的数据和时钟。serdes技术的应用很好地解决了高速系统数据传输的瓶颈(特别是背板传输应用)，节约了单板面积，提高了系统的稳定性，是高速系统设计的强有力支撑。
10:1serdes功能示意图
眼图与眼图模板
serdes的最重要的两个参数指标是传输速率和传输长度，即在符合误码率要求的以何种传输速率可以传输多长距离。其形象的评价方法是利用眼图，眼图的高和宽反映了信号的传输质量，如图所示为altera stratix iv gx器件眼图实例。
alterastratix iv gx器件眼图实例
眼图模板是用于对比眼图质量的参考系，常见的眼图模版有两种：菱形模版和六边形模版。如图所示为菱形眼图模版示意。
菱形眼图模版示意
其中，众轴是眼图的高度，单位是mv，用以表示正确接收的差分信号的幅度，和接收端可正确恢复信号的电平需求直接相关；横轴是眼图的宽度，单位是ui或ps，用以表示无码间干扰的接收时间，和接收端分辨两个相邻码元的能力直接相关。ui，unit interval的缩写，即1bit数据周期的对应时间，例如对于1gbit/s的眼图1ui是1ns。评价眼图的标准是眼的张开的程度要大，并且眼线要清晰。眼线清晰说明整个系统抖动小，准确度高；眼图的张开程度大，说明接收的信号幅度大，时间抖动小，这样对接收端的幅度和时间上的容忍度要求就更低，正确恢复信号的概率就更高。
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alterastratix iv gx器件眼图实例
眼图模板是用于对比眼图质量的参考系，常见的眼图模版有两种：菱形模版和六边形模版。如图所示为菱形眼图模版示意。
菱形眼图模版示意
其中，众轴是眼图的高度，单位是mv，用以表示正确接收的差分信号的幅度，和接收端可正确恢复信号的电平需求直接相关；横轴是眼图的宽度，单位是ui或ps，用以表示无码间干扰的接收时间，和接收端分辨两个相邻码元的能力直接相关。ui，unit interval的缩写，即1bit数据周期的对应时间，例如对于1gbit/s的眼图1ui是1ns。评价眼图的标准是眼的张开的程度要大，并且眼线要清晰。眼线清晰说明整个系统抖动小，准确度高；眼图的张开程度大，说明接收的信号幅度大，时间抖动小，这样对接收端的幅度和时间上的容忍度要求就更低，正确恢复信号的概率就更高。
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