Er zijn enkele termen of apparaten die voor veel gebruikers nog onbekend zijn. Deze keer geven we je een gedetailleerde beschrijving ervan. SerDesOp deze manier krijgt u inzicht in wat het is, waarvoor het gebruikt wordt en welke invloed het kan hebben op datacommunicatie.
Seriële overdrachten
Voordat we beschrijven wat SerDes is, moeten we de soorten transmissies begrijpen die er bestaan. Enerzijds hebben we de seriële gegevensoverdracht, een communicatiemethode waarbij stukjes informatie sequentieel, de een na de ander, over een enkele geleider of communicatielijn worden verzonden.
Dat wil zeggen dat de bits in chronologische volgorde worden verzonden, de een achter de ander, vaak met behulp van een specifiek communicatieprotocol. Dit wordt bereikt door het elektrische, optische of elektromagnetische signaal te moduleren om binaire waarden (0 en 1) weer te geven. Enkele voorbeelden van seriële gegevensoverdrachttechnologieën zijn:
- RS-232: een algemene seriële communicatiestandaard die wordt gebruikt voor gegevensoverdracht tussen elektronische apparaten, zoals oudere computers en randapparatuur.
- USB (universele seriële bus): Een van de populairste havens van dit moment, met de snelste overstappen.
- Ethernet: seriële gegevens verzenden met behulp van een techniek die pulsamplitudemodulatie (PAM) wordt genoemd om hogere communicatiesnelheden te bereiken.
- HDMI (High-Definition multimedia-interface): Wordt gebruikt voor de transmissie van audio en video in hoge definitie. Ook wordt seriële communicatie gebruikt om digitale gegevens te verzenden.
- SATA (seriële geavanceerde technologie-bijlage): Wordt gebruikt om opslagapparaten zoals harde schijven en solid-state drives aan te sluiten. Er zijn ook andere varianten, zoals eSATA of externe SATA…
Zoals u kunt zien, is seriële communicatie tegenwoordig erg populair.
Voor- en nadelen
Un seriële bus Het is een type verbinding waarbij gegevens sequentieel worden verzonden via een enkele geleider of communicatielijn, zoals ik eerder al zei. Maar dit vereist een reeks voordeel, zoals:
- Efficiëntie in het gebruik van kabels: Het gebruikt minder kabels of geleiders in vergelijking met een parallelle bus, wat de installatie eenvoudiger maakt en de bedradingskosten verlaagt. Dit is ook gunstig voor apparaten waarbij de grootte belangrijk is.
- Lager stroomverbruik: Door de sequentiële gegevensoverdracht verbruikt een seriële bus doorgaans minder stroom dan een parallelle bus, waarbij meerdere lijnen tegelijkertijd actief moeten zijn.
- Langere transmissieafstand: Seriële bussen zijn over het algemeen beter geschikt voor gegevensoverdracht over lange afstanden, omdat seriële signalen over langere kabels kunnen reizen zonder significante signaalverslechtering. Dit is vooral belangrijk bij netwerk- of videobekabeling, waar signalen over lange afstanden moeten worden getransporteerd zonder kwaliteitsverlies.
- Minder elektromagnetische interferentie: Omdat er één seriële communicatielijn wordt gebruikt, is de kans op elektromagnetische interferentie kleiner vergeleken met parallelle bussen, waarbij de lijnen dichter bij elkaar liggen.
Het zijn echter niet alleen maar voordelen, het heeft ook enkele nadelen:
- SnelheidHoewel seriële bussen zijn ontworpen voor overdracht op zeer hoge snelheid, zijn ze onder gelijke omstandigheden langzamer dan parallelle bussen, omdat parallelle bussen meerdere bits tegelijkertijd kunnen verzenden.
- Hogere latentie: Vanwege sequentiële transmissie kunnen seriële bussen een hogere latentie hebben dan parallelle bussen, wat problematisch kan zijn in toepassingen die snelle responstijden vereisen.
- Minder geschikt voor grote hoeveelheden gegevensoverdracht: Voor snelle gegevensoverdracht is een parallelle bus vaak efficiënter, omdat hiermee meerdere bits tegelijk kunnen worden verzonden.
Parallelle overdrachten
Het is ook belangrijk om te weten, met het oog op SerDes, wat de parallelle gegevensoverdrachtIn dit geval is het een communicatiemethode waarbij meerdere bits informatie gelijktijdig over meerdere geleiders of communicatielijnen worden verzonden. In tegenstelling tot seriële gegevensoverdracht, waarbij bits één voor één in een sequentiële volgorde worden verzonden, worden bij parallelle gegevensoverdracht meerdere bits tegelijk verzonden, elk via een eigen geleider of kanaal.
Daarom worden de databits verdeeld in groepen of pakketten en worden gelijktijdig verzonden, wat hogere transmissiesnelheden mogelijk maakt in vergelijking met seriële systemen. Dit wordt momenteel gebruikt in interne computerbussen, RAM-geheugeninterfaces, enz.
Voorbeelden Deze vormen van communicatie omvatten IEEE 1284 of LPT, dat vroeger werd gebruikt om randapparatuur zoals printers aan te sluiten. We hebben ook SCSI, oftewel Small Computer System Interface, voor opslagmedia zoals harde schijven, of PATA, de parallelle versie van ATA, die ook wordt gebruikt voor opslagschijven, enz.
Voor- en nadelen
De parallelle bus is een communicatie-interface die zijn voordelen voor de serie, zoals:
- Hoge overdrachtssnelheid: Een van de belangrijkste voordelen van de parallelle bus is de mogelijkheid om meerdere databits tegelijkertijd te verzenden, waardoor hogere overdrachtssnelheden mogelijk zijn vergeleken met seriële interfaces.
- Eenvoud in implementatie: In specifieke toepassingen waarbij snelle, directe gegevenscommunicatie tussen interne apparaten vereist is, zoals in een pc, kan de parallelle bus eenvoudiger te implementeren zijn dan seriële interfaces.
- Lage latentie: Dankzij de gelijktijdige gegevensoverdracht kunnen parallelle bussen een lagere latentie hebben vergeleken met seriële interfaces. Dit is belangrijk in toepassingen waar een snelle respons vereist is.
Aan de andere kant hebben we ook een aantal nadelen aanbevolen:
- Verhoogde bedradingscomplexiteit: Voor parallelle bussen zijn meerdere geleiders of communicatielijnen nodig om gegevens te verzenden. Hierdoor kan de bedrading complexer worden en zijn er dikkere kabels nodig.
- Synchronisatie problemen: Voor gelijktijdige gegevensoverdracht op een parallelle bus is een nauwkeurige bitsynchronisatie op alle geleiders nodig. Dit kan bij hoge snelheden ingewikkeld zijn en tot timingfouten leiden.
- Verhoogde gevoeligheid voor elektromagnetische interferentie (EMI): Omdat er meerdere lijnen dicht bij elkaar liggen, zijn parallelle bussen gevoeliger voor elektromagnetische interferentie, wat de signaalkwaliteit kan verslechteren.
- Beperkingen op de transmissieafstand: Ze zijn minder geschikt voor het verzenden van gegevens over lange afstanden zonder dat er repeaters of signaalversterkers nodig zijn, vanwege de signaalverslechtering bij lange kabels.
- Inefficiënt gebruik van hulpbronnen: In veel toepassingen kunnen parallelle bussen inefficiënt zijn wat betreft het gebruik van bronnen, omdat ze meer geleiders en componenten nodig hebben om dezelfde transmissiesnelheid te bereiken als een seriële interface.
Wat is een schuifregister?
De volgende en laatste stap in het begrijpen hoe een SerDes werkt, is om te praten over de schuifregisterDit is een type digitaal circuit dat gebruikmaakt van een cascade van flipflops, waarbij de uitgang van de ene flipflop is verbonden met de ingang van de volgende. Ze delen één kloksignaal, waardoor de in het systeem opgeslagen gegevens van de ene locatie naar de andere worden verplaatst. Door de laatste flipflop weer aan te sluiten op de eerste, kunnen de gegevens (bits) worden gecycled of verschoven, vandaar de naam...
Schuifregisters kunnen zowel parallelle ingangen als uitgangen hebben en geconfigureerd worden als SIPO (Serial Input Parallel Output) of als PISO (Parallel Input Seral Output)en dit is waar een schuifregister vooral belangrijk wordt voor de implementatie van een SerDes-systeem, zoals we in de volgende sectie zullen zien...
Wat is SerDes?
Un serializer/deserializer, of Serializer/Deserializer (SerDes), is een paar functionele blokken dat vaak wordt gebruikt in snelle communicatie om bidirectionele conversies tussen seriële en parallelle interfaces uit te voeren. Dit wordt gebruikt voor diverse transmissie- of communicatieapparaten en is in veel gevallen zeer praktisch.
De basisfunctie van een SerDes bestaat uit twee functionele blokken, in principe twee schuifregisters:
- Parallel to Serial Block (PISO): om van een parallelle invoer naar een seriële uitvoer te converteren.
- Serieel naar parallel (SIPO)-blok om uw seriële invoer om te zetten naar een parallelle uitvoer.
Daarnaast kunnen we verschillende SerDes-architecturen tegenkomen, zoals die welke een parallelle klok gebruiken, die welke bit-interleaving gebruiken, die een bepaald type codering hebben, etc. Het systeem kan daarom ook de nodige coderings- en decoderingsblokken bevatten, etc. Enkele typische voorbeelden zijn:
- Synchrone klok: Wordt meestal gebruikt om een parallelle busingang te serialiseren, samen met adres- en besturingsdatasignalen. De geserialiseerde sequentie wordt samen met een referentieklok verzonden.
- Ingebouwde klok: Serialiseert data en klok tot één sequentie. Eerst wordt een kloksignaalcyclus verzonden, gevolgd door de databitsequentie.
- Met gegevenscoderingDe SerDes 8b/10b koppelt bijvoorbeeld elke databyte aan een 10-bits code voordat de data wordt geserialiseerd. De deserializer gebruikt de referentieklok om de kloksnelheid die uit de bitstroom wordt hersteld, te bewaken.
- Bit-interleaving:Bij bit-interleaved SerDes worden meerdere langzamere seriële gegevensstromen gemultiplext naar snellere stromen, en de ontvanger demultiplext de snellere bitstromen terug naar langzamere stromen.
SerDes-toepassingen
Als u zich ten slotte afvraagt waarvoor Er kan gebruik worden gemaakt van een SerDes, de waarheid is dat er verschillende voorbeelden zijn, zoals:
- Snelle netwerkcommunicatie.
- Scherminterfaces.
- Verbindingen in datacenters.
- In opslaginterfaces.
- Ingebouwde systemen.
- Transmissiesystemen in satellieten, IoT, voertuigen, etc.