串行接口为啥比并行接口快？抛弃串行接口可行吗？-电路图讲解-电子技术方案

1，高速串口不需要传时钟来同步数据流，没有时钟周期性的沿变，频谱不会集中，所以噪声干扰少很多。以PCIE和SATA为例，时钟信息通过8b/10b编码已经集成在数据流里面，数据本身经过加扰，绝对不可能有多于5个0或者5个1的长串（利于时钟恢复），也绝对不存在周期性（避免频谱集中）。这样，通过数据流的沿变可以直接用PLL恢复出时钟，再用恢复的时钟采集数据流。这有什么好处？时钟信号消耗的功耗极多，带来的噪声也最大，不传时钟可以降低功耗，减少噪声。   2，所有高速串口都采用差分总线传输，外界噪声同时加载到并行传输的两条差分线上，相减之后可以抵消，对外部噪声的抵抗能力强。   3，没有时钟skew问题，因为它根本就没有同步时钟，不存在时钟和数据流的对齐问题。只需要保证差分信号线是对齐的就行，这是很容易的，因为差分信号线的值总是相反，相关性强，易控制。一根线跳的时候，另一根线经过一个非门的延时马上会跳，这个非门的延时是很容易补偿的。并行总线最大的问题就是多根线传输的时候，无法保证所有的沿变都对齐，很有可能传着传着某些信号跟不上，落后了一个T，数据就传错了。想控制也难，因为各个信号没有相关性，互相的沿变本身就是独立的，因为布线不同，很有可能一个跳的早点，另一个跳的晚点，再加上各个传输线电阻不同，噪声不同，传一会儿就分辨不出来哪个值对应哪个周期。   4，线少，干扰少。并行传输，一般32根或者64根，一根线跳变，会给旁边的线带来噪声，频率越高，这种噪声越大，很容易导致别的线值被篡改或者无法辨认，所以频率不可能很高。串行传输一般就4根数据线，分成Rx两根差分线和Tx两根差分线，差分线总是往相反方向跳，可以抵消各自的跳变噪声，比如Rx的正极性发生跳变时会产生噪声，这种噪声可以被Rx的负极性以相反的跳变直接抵消掉（因为他们是差分信号对），总的噪声为0，根绝了内部噪声。综上，串口传输的各种优势使得其内外噪声皆免疫，又没有信号对齐之忧，可以以极高的速率传输。比如SATA可以以6Gb的速率传输数据流，PCIE可以以8Gb的速率传输数据流。这种速率，并行传输是根本做不到的，更不要说串行传输还能节省大量引脚。   为了提高单根线的传输速率，必须要讲到我们模拟电路工程师的三大法宝，差分信号（differential signaling），时钟-数据恢复（Clock-Data Recovery，简称CDR），和信道均一化（Channel Equalization，Eq）   差分信号的好处 不外乎抗干扰能力强，引入的噪声也比较小，虽然必须要两根线，但速度从几百M提高到几G，还是很值得的。   CDR的好处 消灭了skew，减少了时钟的功耗和噪声（但多出了CDR电路本身的功耗和噪声），同时避免了电磁干扰。想想在PCB或者电线上传一个15G的时钟，太带感了，幸亏我们不用做这种事。   信道均一化 相当值得一提，这才是SerDes高速发展的决定性因素，所以我决定花点文字讲一下。   一般来说，真实世界中的信道都是低通特性的，到处都是小电容，所谓绝缘体中的分子在高频情况下吸收电场能量，再加上金属线中的趋肤效应，所以我们想要的高频信号走不了多远就不像样子了，比如下面某信道的频率特性（绿线）。     如图所示，在对应28Gbps的频点上，信号能量被衰减了30db，电压幅度只剩3%了；在对应56Gbps的频点上更惨，65db意味着信号电压摆幅剩下不到千分之一。在这种信道中，发送端一个完美漂亮的数据眼图：     到了接收端会变成这样的一堆垃圾：     什么都辨认不出来对吧。但是，经过我们聪明的工程师们一番努力，均一化开关打开，信号就变成了这样：     既然有了三大法宝，他们只能用在串口上吗? 答案很显然，不是，串口可以用的，我们并口一样可以用。那为什么并口不用呢？   差分信号这条不用说了，并口的电线本来已经够多了，数目还要再翻一倍？系统工程师会杀人的。   CDR意义也不大，反正你并口速度也不高，一堆数据线中顺便传下时钟，比做接收端做CDR再采样每一位数据省事多了。   信道均一化属于屠龙之技，不用差分信号的话也就传几百M，本来就没啥衰减，用这个干啥？还是考虑下各种噪声串扰的问题吧。   于是答案就呼之欲出了。串口为啥比并口快？是因为串口的特性和应用场景，决定了它更加适合采用一些可以提高单根信道速率的设计方法，这些方法用在并口上并不合适。   从现有的应用看来，需要持续稳定高带宽的应用，往往使用高速串行接口，一根带宽不够再加一根，各种视频网络应用，基本如此。而一些历史遗留速度不高的应用，还有一些需要突发性高带宽的应用，并口仍然存活，比如很特殊的DDR。虽然XDR/GDDR/HMC/HCM这些新标准都在试图引入SerDes， 但DRAM行业的特殊性还是让并口继续存活着。     -电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

功率是指能量消耗的速率或者是做功的速率。这意味着在交流（AC）和直流（DC）电路中，电路板上每个元件的功率等于通过该元件的电流乘上该元件两端的电压（P=VI）。电路板上所有元件的功率和能量都需要精确计算出来，以决定该电路板的具体功耗要求。因为每种元件都只能使用某种特定类型的能量，所以可能需要使用AC-DC转换器、DC-AC转换器、直接AC-AC转换器这些设备。同时，每个元件工作所需的功率，以及元件所能承受或消耗的功率都有限额，这些计算结果可以决定在电路板上使用何种类型的电压源，以及电压源的强度。   在嵌入式系统中，AC电压源和DC电压源都被采用，因为这两种发电技术有各自的优缺点。AC比较容易大量生成，可以使用涡轮驱动的发电机来产生，涡轮的转动可以由从风力到水力的任何事物来驱动。从电化学单元（电池）中产生大量约DC是很不实际的。同时，电流通过长传输线传输时，电线的电阻会导致大量的能量损失，现在多数的电力公司都以AC电流的方式进行电力传输时，这是因为相对于DC而言AC转换为更高或者更低的电压要容易得多。使用AC传输时，服务提供商使用称为变压器（transformer）的设备来实现长距离低损耗的高效电流传输。变压器是一种可以将电能从一个电路传输到另一个电路的设备，并且在传输的过程中可以改变电压和电流。服务提供商从发电站中输送出高电压低电流的电能，之后用户端的变压器将电压降至所需的值。在不太重要的方面，当电压非常高时，电线传输DC时呈现的电阻要比AC小，所以此时使用DC进行超长距离传输的效率要比AC高。   部分嵌入式电路板集成或者通过插头接入电源（PowerSupply）。电源可以是AC或是DC，使用AC电源为只能使用DC的组件供电时，需要使用AC-DC转换器将AC转换为较低的DC电压，以满足嵌入式电路板上各种组件的电压要求，通常要求是3.3V、5V或12V。   注意：其他类型的转换器，例如DC-DC转换器、DC-AC转换器或者直接AC-AC转换器，可以用于实观有其他要求的设备所需要的电源转换。   其他的嵌入式电路板或板上组件（如将在第5意详细讨论的非易失性存储器）使用电池(battery）作为电压源，电池由于其尺寸较小，所以更适于为嵌入式系统供电。电池供电的嵌入式电路板所需要的能量不依赖于发电站，不需要插入到电源插座，从而能够为嵌入式设备提供更大的便携性。同时，因为电池提供DC电流，所以不用将AC转换为DC提供给需要DC的元件，而依靠电源和电源插座提供AC的嵌入式电路板则需要将AC转换为DC。但是电池的寿命有限，需要重新充电或者更换。   模拟与数字信号的快捷注释 数字系统只能处理数字数据，其中数据只能由0和1表示。在大多数嵌入式电路板上，用两种电压分别代表“0”和“1”，因为所有数据都是由1和0的某种组合来表示的。无电压（0V）称为地、VSS或者LOW，而3V、5V或12V通常称为VCC、VDD或者HIGH。系统中的所有信号都是两种电压中的一种，或是正在转换到两种电压中的某一种。系统可以定义“0”作为低电压，“1”作为高电压，或者0V-1V的范围作为LOW，4V-5V的范围作为HIGH。系统也可以基于边沿（低到高）或（高到低）来定义“0”或“1”。   因为嵌入式电路板上大多数的主要组件，例如处理器，本质就是处理1和0的数字信号，所以许多的嵌入式硬件本质上是数字的。尽管如此，嵌入式系统依然可以处理模拟信号，模拟信号是连续的，也就是说，不仅仅是1和0，还可以是0-1之间的任何值。显然，电路板上需要有某种机制将模拟信号转换为数字信号。模拟信号可以通过采样处理而被数字化，得到的数字数据也可以被转换成反映原始模拟波形的电压“波”。   实际的建议 不精确的信号：模拟信号和数字信号中的噪声问题   模拟信号和数字信号中最严重的问题之一是噪声导致输入信号发生失真，从而影响（恶化）   数据的精确度。噪声一般是来自输入信号源的不期望的信号变化，如除了传感器外的其他任何信号输入，或是传感器本身产生的噪声。嗓声是模拟信号中的常见问题。另一方面，如果提供给嵌入式处理器的数字信号不是本地产生的，那么受噪声影响的危险性会更大，因此如果数字信号经过很长的传输介质的传送，则极其容易受到噪声问题的影响。   模拟噪声可以产生自很多种噪声源－一射频信号、闪电、输电线、微处理器、模拟传感电子设备本身等。这一点对于数字噪声也是成立的，数字噪声可以来自作为计算机输入的机械接头、传输电源/数据的不洁集电环、输入信号源的精度/可靠性局限等。   减小模拟或数字噪声的关键手段是： （1）遵从基本的设计指导方针以避免噪声问题。对于模拟嗓声而言，这些指导方针包括不要混合模拟地和数字地，保持电路板上敏感的电子元件远离切换电流的元件，限制低信号/高阻扰线路的长度。对于数字信号而言，信号走线应当远离噪声感应的高电流电缆，屏蔽走线，使用正确的技术传输信号等； （2）确定问题的根源，即明确地知道是什么引起的噪声。一旦确定了噪声的根源，可以使用硬件或软件进行修正。减小模拟嗓声的技术包括滤除不需要的频率，均衡输入信号等，而数字噪声通常通过传输纠错码或奇偶校验位来确定，并且/或者在电路板上添加额外的硬件用于纠正接收数据中的错误。     -电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）