什么是 SerDes？

一个 SerDes（即串行器/解串器）由两个集成电路组成，用于高速通信，旨在减少 ASIC 或 FPGA 上的输入和输出数量。本质上，这些电路将并行数据转换为串行格式，进行远距离传输，然后在目标将其还原为原始并行形式。SerDes 电路对于在电信网络、消费电子产品和车联网系统等系统中实现快速数据传输至关重要，而这些系统在我们日益互联的世界中发挥着重要作用。

串行器从并行总线获取数据，通过高速串行链路将其发送到另一端进行解串。

SerDes 技术涉及复杂的过程，如编码、传输、接收和解码高速串行数据，并在发射机和接收机处应用均衡以增强信号完整性。SerDes 系统的设计和验证极具挑战性，因为需要管理高数据速率、确保复杂通道上的信号完整性、实现复杂的均衡方法、最大限度地降低抖动、管理功效并遵守行业标准。高阶调制方案、技术扩展以及与其他供应商 IP 互操作性的必要性等要求使这些任务变得更加复杂，需要综合利用多学科方法以及仿真和测试方法。

MATLAB^® 和 Simulink^® 提供了这样的仿真环境，让工程师可以在其中对 SerDes 系统进行建模、分析和优化。使用这些工具，工程师可以执行时域和频域分析，设计自定义调制方案，并导入 S 参数以测试信道损伤对系统性能的影响，然后构建硬件原型。

SerDes 设计器显示 PCIe 6 PAM4 发射机和接收机的模块图，以及仿真结果的表和绘图。 — SerDes 设计器显示 PCIe 6 仿真结果，包括 PAM4 眼图、均衡和非均衡脉冲响应、PRBS 波形和报告。

SerDes 技术的演化

计算、电信、消费电子、汽车网络和其他应用正在推动对更高带宽需求的不断增长。得益于技术进步，USB、PCIe 和以太网的数据传输速度不断加快，仅在三十年间，带宽就从几十或几百 Mbps 增加到几百 Gbps。

绘图显示从 1995 年到 2030 年 USB、PCIe 和以太网单通道 SerDes 协议的数据传输速率增长情况。 — USB、PCIe 和以太网单通道 SerDes 协议的数据传输速率演化。

SerDes 设计和验证的挑战

SerDes 设计和验证的主要挑战包括：

建模和仿真：创建 SerDes 系统的详细模型以仿真其行为。
均衡方法：设计和仿真各种均衡策略以测试 SerDes 系统。
IBIS-AMI 模型开发：开发和验证 IBIS 算法建模接口 (AMI) 模型。
合规性测试：根据行业标准测试 SerDes 设计。

SerDes 系统的建模与仿真

SerDes 系统的复杂度需要高级建模和仿真方法来准确预测各种工况下的性能。这涉及创建详细、准确的模型，用以仿真 SerDes 的模拟和数字组件。这些模型有助于在构建物理原型之前理解系统行为，从而节省时间和资源。

SerDes Toolbox™ 中的 SerDes 设计器支持快速原型构建以及探索不同架构和参数。此 App 使用户能够可视化眼图、浴缸曲线和脉冲/冲激响应，以比较 SerDes 系统在各种工况下的性能。使用 Simulink，工程师可以为发射机和接收机构建 SerDes 架构的详细模型，同时自定义激励和通道。

在 SerDes Toolbox 中建模的 PCIe 6 SerDes 系统，具有实时眼图以及统计和时域结果。

SerDes 均衡方法

SerDes 系统通常在会引入损失和失真的通道上运行，需要复杂的均衡方法来精确还原传输数据。挑战在于设计和实现能够实时补偿信道损伤的自适应均衡算法。

使用 SerDes Toolbox，设计人员可以将前馈均衡器 (FFE)、决策反馈均衡器 (DFE) 和连续时间线性均衡器 (CTLE) 等均衡模块集成到 SerDes 模型中，以仿真和优化发射机和接收机的均衡过程。SerDes Toolbox 还支持基于 ADC 的架构，能够集成高性能数字信号处理 (DSP) 方法以实现高级数据恢复和纠错。这些模块使设计人员能够对复杂的均衡策略进行建模，以减轻符号间干扰 (ISI)、信号损失和串扰等信道损伤，从而增强信号完整性。

工程师可以通过以下方式使用 SerDes Toolbox 实现均衡：

原封不动地使用内置均衡模块，如 FFE、DFE 和 CTLE
根据自己的需要修改这些模块
为独特或专有需求创建自定义均衡算法

这些工具使设计人员能够快速原型化、测试和优化均衡策略，帮助调节 SerDes 模型，以满足其特定的设计需求和性能目标。

CTLE 的 SerDes Toolbox 模块和 MATLAB 代码示例。 — SerDes Toolbox 中的 CTLE 模块及其相关联的 MATLAB 代码。

一个通道使信号失真，接收机均衡该信号以打开眼图并还原数据。

SerDes IBIS-AMI 模型开发

IBIS 算法建模接口 (AMI) 模型的开发是 SerDes 设计跨不同供应商组件提供互操作性和性能的关键部分。SerDes Toolbox 通过各种示例和符合行业标准的工具包为 IBIS-AMI 模型开发提供广泛的支持。工程师可以使用这些示例来生成、调试和验证 SerDes 发射机和接收机的 IBIS-AMI 模型。使用 SerDes Toolbox，用户可以自动生成 IBIS-AMI 模型，然后将其用于系统级通道仿真器，例如 Signal Integrity Toolbox™，以高度准确地预测 SerDes 链路的行为。通过使用这些模型在硬件实现前进行验证，工程师可以显著缩短高速通信系统的上市时间。

截图：SerDes Toolbox 中用于导出 IBIS-AMI 模型的 SerDes IBIS-AMI 管理器。 — SerDes Toolbox 中的 SerDes IBIS-AMI 管理器使您能够仅导出 Init 模型、仅导出 GetWave 模型或导出双 IBIS-AMI 模型。

SerDes Toolbox 模块图，用于关联自定义 SerDes Rx 和 AMI 模块。 — SerDes Toolbox 中的 SerDes Rx 模型和 AMI 模型之间的关联。

SerDes 设计的合规性测试

通过确保 SerDes 设计符合行业标准，可以保证不同系统和平台之间的兼容性、可靠性和性能，有助于实现更顺畅的集成，并在 SerDes 市场获得更广泛的认可。SerDes Toolbox 和 Signal Integrity Toolbox 提供各种符合工业标准的测试工具包。SerDes Toolbox 包含测试和验证设计满足 PCIe、USB、以太网和其他标准设定的功能。这种内置的合规性测试提供开箱即用、即可运行的设置，可简化验证流程，并帮助工程师确保其设计能够在预期环境中正确运行。

通过利用 SerDes Toolbox 中的建模、仿真、分析和测试功能以及其他混合信号设计产品，工程师可以解决与 SerDes 设计和分析相关联的挑战，加速开发周期，并提升高速通信系统的性能。