FPGA的SERDES讲解

FPGA的SERDES讲解涉及了多种与高性能串行通信有关的知识点。SERDES是串行器/解串器（Serializer/Deserializer）的缩写，它是一种用于数据传输的接口技术，能够在芯片间或板间进行高速数据交换。随着系统带宽需求的增长，传统的并行接口逐渐被SERDES所取代，这是因为SERDES能够在较少的信号线上实现更高的数据吞吐率和更远的传输距离。 在FPGA领域，SERDES技术被整合到了FPGA芯片内部，允许用户在FPGA内部实现高速串行数据链路的发送和接收。这种集成的SERDES技术尤其在处理高速数据通信协议，如1吉比特以太网、10吉比特以太网、PCI Express和Serial RapidIO等场合，显得尤为重要。 传统的SERDES通常以独立的ASSP（应用特定标准产品）或ASIC（专用集成电路）的形式出现，但在过去几年，FPGA厂商已经开始推出带有集成SERDES的器件系列。莱迪思半导体公司在此方面尤其活跃，推出了如LatticeECP2M和LatticeECP3等成本效益高的FPGA，它们集成了高性能的SERDES，这对于设计者来说是一个理想的选择，可以在保证高性能的同时控制成本。 FPGA中的SERDES主要由三个子层组成：物理介质相关子层（PMD）、物理媒介附加子层（PMA）以及物理编码子层（PCS）。PMD负责处理串行信号的物理传输。PMA负责串行化和解串行化操作，以及信号的预加重和均衡等操作。而PCS负责数据流的编码和解码，提供了ASIC块与FPGA逻辑之间的接口边界。这些功能在图1中进行了功能划分。 以太网作为最广泛使用的通信协议，其数据传输速率从最初的10Mbps逐步演进至当前的吉比特甚至多吉比特范围。在此过程中，以太网的链接方式也从最初的并行接口演变为串行链路。LatticeECP3系列FPGA支持流行的串行协议，包括吉比特以太网和10吉比特以太网标准。 另外，LatticeECP2M和LatticeECP3系列FPGA在功耗方面的表现也非常出色。例如，在3.2Gbps的速率下，每个通道的功耗额定为90mW。此外，这些FPGA支持多种无线协议标准，如CPRI和OBSAI，适合用于多跳通信系统。 莱迪思提供的FPGA还具备灵活的SERDES模块设计，这意味着设计者可以在这单个模块中混合使用不同的标准和协议，进而简化了设计过程，并加速了产品开发周期。同时，莱迪思公司还提供业界领先的软件工具、知识产权核和评估平台，从而支持客户实现完整的解决方案设计。 从整体来看，SERDES技术是FPGA设计者不可或缺的一项技术，它不仅大大提高了数据传输的速率和距离，而且在降低功耗和成本方面也提供了显著优势。通过在FPGA内部集成SERDES，可以极大地提升设计灵活性并加速系统设计的进程，对于追求高带宽、高性能和高可靠性的通信系统来说，FPGA内部的SERDES技术提供了一个值得考虑的解决方案。