了解SERDES及其在FPGA的应用
串行器/解串器（SERDES）是一种电子电路，用于将串行数据转换为并行数据，反之亦然，最常见于高速通信应用中。SERDES主要由两部分组成：
串行器：串行器负责将并行数据转换为串行数据。它接收并行位形式的数据，并将其转换为可通过通信通道传输的串行位流。
解串器：解串器负责将串行数据转换为并行数据。它接收串行数据，并将其转换位接收系统可以使用的并行位。
SERDES技术包括一个发送器（TX）模块将并行数据串行化，以及一个接收器（RX）模块将串行数据解串为并行形式。此外，SERDES电路通常还包括时钟和数据恢复（CDR）电路、均衡器、数据对齐以及错误检测和纠正机制，确保通过通信信道进行准确可靠的数据传输。
SERDES电路示意框图
SERDES的主要优势是什么？
SERDES串行I/O技术使数据在通道（PCB、数据线）上的传输速率比并行传输技术快2000 - 3000倍。并行技术是通过多根信号线发送数据，并使用非常精确的时钟来同步发送器和接收器。所面临的挑战是需要精确地平衡信号线长度，便于在接收端准确捕捉数据和时钟信号。如果PCB线迹、缆线长度发生细微变化或受到电子干扰，接收端采集的数据就很容易出错，可能不可靠。
SERDES技术的神奇之处在于，它在发射端将时钟和数据合并为一个信号，并使用时钟和数据恢复（CDR）技术在接收端采集数据，不会在SERDES接收端出现错误。CDR电路是经过微调的模拟/数字电路，可使SERDES以每秒数千兆位的速度运行。
SERDES可减少使用宽并行数据总线传输大量数据时的复杂性、成本和使用量。当并行数据的频率超过500 MHz时，SERDES的优势尤为明显。
与并行技术相比，SERDES还能显著减少在通道上传输大量数据所需的I/O数量。减少I/O可节省成本和电路板面积。
SERDES经常用于通信系统，如PCI Express®和以太网，在这些系统中，需要通过有限的线缆数量实现高数据传输速率。它也是芯片间互连系统最基本的构件。
FPGA中的SERDES是什么？
SERDES是某些FPGA设计中的关键组件，因为它能在各种器件或系统之间提供高速通信。由于SERDES可将并行数据转换为串行数据，反之亦然，因此可以高速传输大量数据，同时降低功耗和EMI辐射。
FPGA利用SERDES技术通过高速串行通信链路传输数据，其运行速度可达每秒数千兆位。这些链路可用于与其他FPGA、CPU、存储器或网络接口等外部设备进行通信。
FPGA中SERDES的常见用例
▶ 高速数据传输
SERDES技术用于在FPGA之间或FPGA与系统其他部分（如存储器、处理器和网络接口）之间传输高速数据。这通常用于数据中心、电信和高性能计算系统。
莱迪思Avant™ 16nm FinFET平台具有25 Gb/s SERDES，可满足包括高速数据传输在内的各种应用需求。
▶ 光通信和网络应用
SERDES技术是实现PCIe和以太网等许多通信协议的重要组成部分。PCIe的设计目的是通过使用电缆或扩展卡的连接器插槽在芯片之间进行可扩展的点对点串行连接，满足日益增长的带宽需求。它还确保软件与传统的外围组件互连（PCI）兼容。
莱迪思CertusPro™-NX FPGA支持10G SERDES，最高支持PCIe Gen 3和10G以太网。
▶ 视频和音频处理
采用SERDES技术的FPGA也通常用于视频和音频处理应用，它们可以管理高速数据流并执行视频解码、编码和压缩等任务。
莱迪思CrossLink™-NX FPGA具有嵌入式MIPI D-PHY接口（CSI和DSI）。该协议是行业标准，依赖SERDES技术。
▶ 工业自动化和机器人技术
利用工业网络协议，模块之间可以进行无缝通信。FPGA 在三大工业应用中发挥作用，包括实时处理、高级控制和电子仪器。
CertusPro-NX Versa Board可帮助设计人员评估针对工业市场的设计，并为工程师提供原型设计和测试平台。
▶ 汽车应用
现代汽车使用各种传感器和摄像头来支持其ADAS功能，这些传感器和摄像头收集的数据需要进行预处理，以去除噪声并正确格式化。
虽然某些摄像头和传感器遵循MIPI标准，但有些摄像头和传感器则采用高速SERDES便于更长距离的连接。了解莱迪思FPGA如何满足需要更高性能的下一代汽车的需求。
SERDES增强型FPGA
通过高速串行数据收发器与可编程逻辑的结合，SERDES增强型FPGA提供了极大的灵活性和架构自由度。这使系统设计人员能够实现其他技术无法比拟的应用功能和性能。此外，FPGA还能加快开发周期，具有可编程性，从而适应不断发展的系统标准。作为低功耗可编程的领导者，莱迪思提供SERDES增强型FPGA，帮助您的设计充分发挥其潜力。
采用SERDES技术的莱迪思FPGA：
莱迪思Avant平台——低功耗中端FPGA平台
CertusPro-NX——先进的通用FPGA
CrossLink-NX——嵌入式视觉和处理FPGA
ECP5/ECP5-5G——为互连和加速应用带来超乎寻常的功耗、尺寸和成本优势
有关其他莱迪思FPGA的信息，请访问我们的产品页面。
文章来源：Latticesemi
