串行数据系统分析基础及抖动定义

一、串行数据系统的基本知识

随着串行数据速率的不断提升，串行数据系统的传输结构也不断的发生着变化以适应高速传输的要求：

下图1所示为不同的数据速率所对应的系统传输结构：

从左到右依次为全局时钟系统结构、源同步时钟系统结构、嵌入式时钟系统结构，随着数据速率的进一步提升，还有可能出现其它多种结构，如下图2的前向时钟系统结构，在10Gbps以上的串行数据传输系统中很可能会使用这种传输结构

图1不同数据速率下对应的系统传输结构

图2前向时钟系统结构（ForwardedClockSystem）

从上图1中可以看出：

1、典型串行数据传输系统主要构成因素包括：发送端TX，接收端RX，时钟信号及其传输通道，数据信号及其传输通道

2、随着数据速率的提升，串行数据系统传输结构发生的变化主要集中在时钟信号及其传输通道的变化，在当前新一代的串行数据系统中，如PCIExpress(I，II)，SATA(I，II)等，已经没有了专门的时钟信号传输通道，而是将时钟信号嵌入到了数据中进行传输，因此需要在接收端能有效的将时钟恢复出来

那么为何数据速率的提升需要改变时钟信号及其传输结构呢？了解下接收端芯片的基本工作原理会有助于我们理解这些变化。

通信系统的实质是通过一段介质发送或者接收数据。发送端TX发出不同编码形式的高速串行数据，经过一段链路传输后到达接收端RX，串行数据在传输过程中会受到各种各样的干扰，引起数据的抖动，串行数据系统工作的目的就是要尽可能的减少这些干扰的影响使得接收端能准确无误的恢复出发送端发送过来的数据。如下图3所示，

图3串行数据系统中接收端接收数据的图示

由于接收端（一般是由D触发器构成）需要使用时钟采样来完成同步接收数据，因此时钟信号和数据信号之间的同步关系是非常重要的，即必须要满足一定的建立时间和保持时间。因此串行数据时钟系统结构的变化最根本上是为了满足时钟与数据之间的时序关系，以便接收端能正确的接收到信号。

接收端D触发器的工作原理

图4D触发器的基本功能

D触发器触发直流电平示例（时钟上升沿触发）：

图5D触发器接收无翻转电平信号

可见，当输入触发器的电平没有翻转时，触发器能稳定的恢复出输入信号。

D触发器触发触发脉冲信号示例（时钟上升沿触发）：

图6D触发器接收翻转的电平信号

作者：美国力科公司上海代表处 胡为东 来源：EDN China