定时器成为信号调节器的选择
文章：Brian Holden和Paul Wilson
随着数据率超过10 Gbps的数据，redrivers的充分性在许多应用程序中消耗了，并且重压器正在成为所选信号调理器。
数字预分器在20世纪60年代突出了电信数字运营商系统的出现：T1和E1。这些系统通过安装每几千英尺的数字重压器在屏蔽双绞线上携带多个声音电路通道。他们在他们的一天中进入，并使用了类似的技术在今天的高速阻挡器中使用的类似技术，包括均衡，时钟数据恢复（CDR），线路编码和框架。
对于每个序列化器/反序列化器(SerDes)用例，总是有一个需要增强的附加应用程序。redriver或retimer芯片的典型应用是:
- 达到大型PCB的最远角落
- 使用其他的连接器
- 支持女儿卡
- 到达延长架
- 使用劣质PCB材料
- 允许具有较短REACH SERDES的芯片来支持需要更长的达到SERDES的应用程序
- 提高设备功能
Redriver和retimer比较
典型的重驱动数据路径包括连续时间线性均衡器(CTLE)、可变增益放大器(VGA)和线性驱动器。CTLE用于均衡信道中经历的频率相关损耗。VGA用于恢复信号的振幅。线性驱动器用于在正确的阻抗处驱动通道。
Redrivers通常具有输入信号丢失阈值和输出接收器(Rx)检测能力，以及一个抑制检测器，用于检测低速通道上通信信号的存在。图1图示了典型的redriver块图。
图1典型的redriver的该框图显示了CTLE，以均衡信道中的频率相关损耗，VGA恢复信号的幅度，以及以正确的阻抗驱动信道的线性驱动器。
模拟赶回局限性
模拟redriver的三个主要缺点是:
- 重驱动放大信号及其内部噪声。原始发射机在有损信道上以高信噪比(SNR)发送信号。redriver中的CTLE和放大器有自己的噪声地板。当信号被放大时，这两个噪声层的组合也随着信号一起增强。当最后的接收器试图恢复数据时，它必须与放大的噪声作斗争，这限制了重驱动程序的好处。
- 重驱动程序只能部分清除符号间干扰(ISI)。信道在通频带中的频率相关损失会使比特在多个比特时间内被抹除。一个CTLE可以均衡掉一些ISI，但CTLE永远不能配置得足够精确来纠正所有的ISI，而不均衡的通带波纹会留下额外的ISI。最后的接收机必须与残留的ISI作斗争。
- redrivers不恢复眼睛宽度和相关抖动。在接收器处具有良好的眼睛宽度对于无差错性能至关重要。多种因素降低了眼睛宽度，包括热噪声，偏斜，模拟不匹配，上升/下降时间不匹配，终止不匹配，ISI和电源噪声。雷控器的存在进一步降低了大多数这些因素，使信号恢复更具挑战性。
因此，不能充分利用redriver之前和之后的链接。每个位置必须采用较短的迹线长度，以尽量减少附加噪声、残留ISI和窄眼宽度的影响。由于这些问题，系统开发人员要理解并描述redriver对所有设想的使用场景的终端系统的复杂影响，这就给系统开发人员带来了很大的负担。
有关降低信号完整性的信道损害类型以及重录驱动器和重录器在纠正它们中所起的作用的更多见解，请参见使用以太网重定时器和重驱动程序保持信号完整性。
重温器如何工作
典型的retimer是一种混合信号模拟/数字设备，它是协议感知的，能够提取嵌入式时钟，完全恢复数据，并使用干净的时钟重新传输数据的新副本。除了CTLE、VGA和驱动级之外，retimer还包含一个CDR电路、一个长尾均衡器(LTE)和一个决策反馈均衡器(DFE)。
LTE补偿了长期脉冲响应的损害，DFE作为非线性均衡器，抑制了由于高频损耗和陷波等信道缺陷造成的ISI。
内部数字逻辑，状态机和/或微控制器管理CTLE，VGA，LTE和DFE块的自动调整，并实现协议链接培训和状态更新。图2.说明一个典型的retimer框图。
图2.除了CTLE、VGA和驱动级，典型的retimer还包括CDR电路、LTE和DFE。
简单来说，redriver只是放大了信号，而重试剂完全恢复数据并发出清晰的新副本。图3.说明了这一点，并展示了一个减弱的眼睛睁开是如何由redriver促进和完全再生的retimer。
图3.三个例子——通过通道衰减的眼睛(左)，重驱动后的眼睛(中)，重定时器后的眼睛(右)——说明了信号是如何由重驱动程序增强并由重定时器再生的。
为了完成其目标，重温器必须是协议意识的。Retimers Snoop通过它的链接配置事务并以正确的模式设置为此。在某些情况下，缩减器还参与链接设置操作。由于这些自动化步骤，不需要手动调整特定通道，电缆和形状因子，以更高的数据速率使系统集成更加简单。
高速规格的重试剂
最近发布了许多高速和难以实现的SERDES规范，包括USB4，PCIe 5.0，CEI-28G和CEI-56G中包含的那些，以及仍然存在的PCI 6.0和CEI-112G规范正在开发中。所有这些新标准都旨在解决对更高的数据吞吐量的需求。
在光互连论坛(OIF)和IEEE 802.3以太网委员会的结合下，20多年来已经出现了8代SerDes及其前体。每一代，供应商都开发了位级、协议无关的retimer产品，使系统制造商能够进一步深入。
在电信、以太网、因特拉根、RapidIO、串行高级技术附件(SATA)、串行连接(SCSI) SAS、光纤通道、InfiniBand和许多专有系统中，这些SerDes和相应的重定时器已经广泛地使用、调整或影响了系统。在OIF/Ethernet生态系统家族中，Redriver芯片从未流行过，这是由于典型的更紧密工程的链接，这将占用链接余量。
PCI express (PCIe)是一种高速串行计算机扩展总线标准。它是个人计算机图形卡、硬盘驱动器、ssd、Wi-Fi和以太网硬件连接的标准主板接口。使用8gbps通道的PCIe 3.0规范很好地满足了redriver的要求。PCIe 4.0的速度增加了一倍，达到16gbps车道，redrivers努力解决这个问题，并为系统实施者带来了一定的好处。
2019年5月，PCI-SIG标准机构正式发布了PCIe 5.0的规范，其中数据车道运行高达32 Gbps。虽然速度的增加结合了需要增加的扩展能力，但PCIe Redrivers的结束似乎近。当我们向前移动到即将到来的PCIe 6.0标准，脆弱性PAM4甚至连考虑重新驱动都不可能。
然后是通用串行总线(USB)，这是计算机、外设和其他计算机之间接口的工业标准。USB 1.0在1996年发布，随后在2000年发布了USB 2.0。尽管USB-IF没有对redriver进行标准化，但它们在延伸和电压兼容性方面提供的好处使它们不可或缺。
随着USB 3.0在2010年的发布，USB信号完整性的挑战变得更加明显，增强的redriver产品进入市场，以扩展Superspeed 5 Gbps链接的范围。这一趋势在usb3.1和Superspeed+ 10gbps连接中延续。usb3.2规范通过USB- c连接器将usb3.0中的单线道模式扩展为双线道，进一步增加了redriver的应用数量。
2019年8月，USB-IF正式发布了USB4规范，将链路性能进一步提高到20 Gbps通道(2通道上的40 Gbps链路)。20 Gbps信号比它的前辈更加脆弱，使它更容易受到ISI、通带纹波、抖动源、模拟失配、终端失配、对内歪斜、反射、热噪声和电源噪声的影响。因此，USB重新驱动的时代即将结束。
较新的高速互连规范将推动新一代信号调理解决方案。数字旋旋器是用于维持信号完整性的关键元件，同时在充满挑战的信道上发送非常高速数据。以高于10 Gbps的费率，使用redriver存在许多挑战。这是预期保证人支持并且已被写入最近的规范的核心原因。
总之，信号调节技术，如重驱动和重定时器，在许多系统环境中是有用的。由于数据速率已经超过10gbps，在许多应用程序中，redriver的充分性已经减弱。在OIF/以太网生态系统中，重定时器一直是信号调节器的选择。在PCIe生态系统中，PCI 4.0是retimer的最后一站，retimer提供了更好的解决方案。在USB生态系统中，USB4是一个过渡点，重新驱动程序已经成为系统问题的错误答案。
基于协议的retimer解决方案为USB4应用程序提供了必要的信号完整性性能，并提供了健壮的、无借口的开发路径和成本效益高的系统解决方案，以满足消费者的需求。
本文最初发布经济日报。
布莱恩·霍尔登是康欧的标准副总裁。
保罗威尔逊他是坎斗公司的产品营销总监。
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