隨著電信數(shù)字載波系統(tǒng)T1和E1的出現(xiàn)，數(shù)字重定時器在1960年代引起了人們的關注。這些系統(tǒng)在屏蔽雙絞線上傳輸多條語音電路通道，每隔幾千英尺安裝一個數(shù)字重定時器。它們在當時是先進的，并且使用了與當今高速重定時器相同的技術，包括均衡，時鐘數(shù)據(jù)恢復（CDR），線路編碼和成幀。

對于每個序列化器/反序列化器（SerDes）用例，總是存在需要增強覆蓋范圍的其他應用程序。轉接驅動器或轉接器芯片的典型應用是：

• 到達大型PCB的最遠角落
• 使用其他連接器
• 支持子卡
• 到達擴展架
• 使用劣質的PCB材料
• 允許具有較短SerDes的芯片支持需要較長SerDes的應用程序
• 增強設備功能

轉接驅動器和轉接器比較

典型的轉接驅動器數(shù)據(jù)路徑包括連續(xù)時間線性均衡器（CTLE），可變增益放大器（VGA）和線性驅動器。CTLE用于均衡信道中經(jīng)歷的頻率相關損耗。VGA用于恢復信號的幅度。線性驅動器用于以正確的阻抗驅動通道。

轉接驅動器通常具有輸入信號丟失閾值和輸出接收器（Rx）檢測功能，以及一個靜噪檢測器，可以以差分方式檢測低速通道上是否存在通信信號。圖1給出了一個典型的轉接驅動器框圖。

圖1此典型轉接驅動器的框圖顯示了一個CTLE，用于均衡通道中與頻率有關的損耗； VGA，用于恢復信號幅度；線性驅動器，用于以正確的阻抗驅動通道。

模擬轉接驅動器限制

模擬轉接驅動器的三個主要缺點是：

• 轉接驅動器會放大信號及其內(nèi)部噪聲。原始發(fā)射機在有損信道上發(fā)送具有高信噪比（SNR）的信號。轉接驅動器中的CTLE和放大器具有各自的本底噪聲。當信號被放大時，這兩個本底噪聲的組合隨信號一起增強。當最終的接收器試圖恢復數(shù)據(jù)時，它必須與放大的噪聲抗衡，從而限制了轉接驅動器的利益。
• 轉接驅動程序僅部分清除符號間干擾（ISI）。通道在通帶中的頻率相關損耗會在多個位時間內(nèi)抹掉位。CTLE可以均衡一部分ISI，但是CTLE永遠無法精確配置以完全糾正所有問題，而且不均衡的通帶紋波會留下額外的ISI。最終接收者必須應對這個殘留的ISI。
• 轉接驅動器不會恢復眼圖寬度和相關的抖動。在接收器處保持良好的眼寬對于無差錯性能至關重要。多種因素會降低眼圖寬度，包括熱噪聲，偏斜，模擬失配，上升/下降時間失配，端接失配，ISI和電源噪聲。轉接驅動器的存在進一步降低了這些因素中的大多數(shù)，使信號恢復更具挑戰(zhàn)性。

結果，無法利用轉接驅動器之前和之后的鏈接的完整范圍。在每個地方都必須使用較短的走線長度，以最大程度地減少增加的噪聲，殘留ISI和狹窄眼寬的影響。由于這些問題，在所有設想的使用場景中，系統(tǒng)開發(fā)人員要負擔很大的負擔，以了解和表征轉接驅動程序對最終系統(tǒng)的復雜影響。

有關降低信號完整性的通道損傷的類型以及重新驅動器和重新定時器在糾正它們中所起的作用的更多見解，請參閱《使用以太網(wǎng)重新定時器和重新驅動器保留信號完整性》。

重定時器如何工作

典型的重定時器是一種混合信號模擬/數(shù)字設備，它具有協(xié)議感知能力，并且能夠提取嵌入式時鐘，完全恢復數(shù)據(jù)并使用干凈的時鐘重新傳輸數(shù)據(jù)的新副本。除了在轉接驅動器中也可以找到的CTLE，VGA和驅動器級以外，重定時器還包含CDR電路，長尾均衡器（LTE）和判決反饋均衡器（DFE）。

LTE補償了長期的脈沖響應損傷，DFE充當了非線性均衡器，抑制了由于諸如高頻損耗和陷波之類的信道缺陷而導致的ISI。

內(nèi)部數(shù)字邏輯，狀態(tài)機和/或微控制器管理CTLE，VGA，LTE和DFE模塊的自動適配，并實現(xiàn)協(xié)議鏈接訓練和狀態(tài)更新。圖2給出了典型的重定時器框圖。

圖2除了在轉接驅動器中還可以找到的CTLE，VGA和驅動器級之外，典型的重定時器還包括CDR電路，LTE和DFE。

簡單來說，轉接驅動器僅放大信號，而轉接定時器則完全恢復數(shù)據(jù)并發(fā)出清晰的新副本。圖3對此進行了說明，并顯示了如何通過重新驅動器增強衰減的眼圖張開度以及如何通過重新定時器完全重新生成。

圖3三個示例-通道衰減的眼（左），轉接驅動器后的眼（中）和重定時器后的眼（右）-說明了重驅動器如何增強信號以及重定時器如何重新生成信號。

為了實現(xiàn)其目標，重定時器必須了解協(xié)議。重定時器監(jiān)視通過它的鏈接配置事務，并在正確的模式下進行設置。在某些情況下，重定時器也參與鏈接設置操作。由于采用了這些自動化步驟，因此無需手動調(diào)整特定的通道，電纜和形狀因數(shù)，從而使以更高數(shù)據(jù)速率進行的系統(tǒng)集成變得更加簡單。

高速規(guī)格的定時器

最近發(fā)布了許多高速且難以實現(xiàn)的SerDes規(guī)范，包括USB4，PCIe 5.0，CEI-28G和CEI-56G中所包含的規(guī)范，以及仍在繼續(xù)的PCI 6.0和CEI-112G規(guī)范。正在開發(fā)中。所有這些新標準旨在滿足對更高數(shù)據(jù)吞吐量的需求。

二十年來，八十年代的SerDes及其前身是由光學互聯(lián)網(wǎng)絡論壇（OIF）和IEEE 802.3以太網(wǎng)委員會組成的。每一代廠商都開發(fā)了與協(xié)議無關的比特級重定時器產(chǎn)品，以使系統(tǒng)制造商能夠進一步發(fā)展。

這些SerDes和相應的重定時器已在電信，以太網(wǎng)，因特拉肯，RapidIO，串行高級技術附件（SATA），串行附件（SCSI）SAS，光纖通道，InfiniBand和眾多專有系統(tǒng)中廣泛使用，改裝或影響。轉接驅動器芯片在OIF /以太網(wǎng)系列生態(tài)系統(tǒng)中從未普及，這是因為通常設計更為嚴格的鏈接會占用鏈接余量。

PCI Express（PCIe）是高速串行計算機擴展總線標準。它是用于個人計算機圖形卡，硬盤驅動器，SSD，Wi-Fi和以太網(wǎng)硬件連接的標準主板接口。轉接驅動器很好地滿足了以8 Gbps通道運行的PCIe 3.0規(guī)范。PCIe 4.0將速度提高了一倍，達到16 Gbps通道，轉接驅動器難以解決該問題，并為系統(tǒng)實現(xiàn)者帶來了適度的收益。

2019年5月，PCI-SIG標準組織正式發(fā)布了PCIe 5.0規(guī)范，數(shù)據(jù)通道運行速度高達32 Gbps。盡管速度的提高以及對擴展能力的需求增加，但PCIe轉接驅動器的道路似乎已接近尾聲。當我們前進到即將到來的PCIe 6.0標準時，PAM4的脆弱性甚至使重新考慮驅動程序成為一個難題。

然后是通用串行總線（USB），這是用于計算機，外圍設備和其他計算機之間接口的行業(yè)標準。USB 1.0于1996年發(fā)布，隨后是USB 2.0于2000年發(fā)布。盡管USB-IF未對轉接驅動器進行標準化，但它們在范圍擴展和電壓兼容性方面所提供的優(yōu)勢使得它們成為必不可少的。

隨著2010年USB 3.0的發(fā)布，USB中信號完整性的挑戰(zhàn)變得更加明顯，增強型轉接驅動器產(chǎn)品進入市場，以擴展Superspeed 5 Gbps鏈路的范圍。USB 3.1和Superspeed + 10 Gbps鏈接延續(xù)了這一趨勢。USB 3.2規(guī)范通過USB-C連接器將USB 3.0中的單通道模式擴展為雙通道，并進一步增加了轉接驅動器的應用程序數(shù)量。

在2019年8月，USB-IF正式發(fā)布了USB4規(guī)范，該規(guī)范將鏈接的性能進一步提高到了20 Gbps通道（2通道上為40 Gbps鏈接）。20 Gbps信號比其前任產(chǎn)品脆弱得多，因此更容易受到ISI，通帶紋波，抖動源，模擬失配，終端失配，線對內(nèi)偏斜，反射，熱噪聲和電源噪聲的影響。結果，USB轉接驅動器的時代即將結束。

更新的高速互連規(guī)范將推動新一代的信號調(diào)理解決方案。數(shù)字重定時器是在保持信號完整性的同時，通過具有挑戰(zhàn)性的信道發(fā)送超高速數(shù)據(jù)的關鍵要素。在高于10 Gbps的速率下，使用轉接驅動器面臨許多挑戰(zhàn)。這是預期重定時器支持并將其寫入最新規(guī)范的一個核心原因。

總之，信號調(diào)理技術（例如重新驅動器和重新定時器）在許多系統(tǒng)環(huán)境中很有用。隨著數(shù)據(jù)速率超過10 Gbps，在許多應用程序中，轉接驅動器的適用性已經(jīng)減弱。在OIF /以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，重定時器已成為首選的信號調(diào)節(jié)器。在PCIe生態(tài)系統(tǒng)中，PCI 4.0是轉接驅動器的最后一口氣，而轉接定時器則提供了更好的解決方案。在USB生態(tài)系統(tǒng)中，USB4是轉接驅動器已成為系統(tǒng)問題的錯誤答案的過渡點。

支持協(xié)議的重定時器解決方案為USB4應用提供了必要的信號完整性性能，并提供了健壯的，無借口的開發(fā)路徑和經(jīng)濟高效的系統(tǒng)解決方案，可滿足消費者的需求。

Brian Holden是Kandou的標準副總裁。

保羅·威爾遜（Paul Wilson）是Kandou產(chǎn)品行銷總監(jiān)。

編輯：hfy