1.2.2 高速串行传输的技术优势

随着半导体工艺的快速发展，集成电路的频率越来越高，传统的并行数据传输方式由于高频下的时钟抖动和偏移，严重阻碍了传输速率的提高，设计人员要处理与并行总线实施相关联的通道与通道畸变、抖动和信号占空比变形等问题，同时还要达到带宽要求，这对设计人员来说几乎是一个不可能实现的难题。

高速串行 I/O 接口采用了嵌入式时钟、点对点连接、低压差分信号模式和数据编码等技术，可获得更高的传输速率和距离，同时较少的引脚数简化了器件封装和设计。高速串行通信的优势主要体现在以下几个方面。

（1）传输速率的提高是高速串行通信的最大优势。串行通信在发送端通过数据编码技术把时钟信号嵌入到数据信号中，在接收端使用时钟数据恢复技术，从数据中提取同步时钟信号来恢复数据，从而消除了传输线延迟导致的时序问题对速率的约束，能够实现单通道的数据传输速率高达 10Gb/s以上。

（2）使用低压差分信号传输，一方面消除了共模噪声的影响，增加了抗共模干扰能力；另一方面，在相同驱动电压的驱动下，差分信号的摆幅是单端信号的两倍，使得发送端能以更低的摆幅发送信号，在降低功耗的同时有效地抑制了电磁干扰，减小对外的电磁辐射。此外，差分信号模式往往采用恒定电流源驱动，这将保证驱动器电路在任何时刻保持不变，消除了信号同步翻转而产生的同步开关噪声问题。

（3）较少的引脚数目，简化了 PCB设计的复杂度和难度，提高了电路板的空间利用率，减小了连接器尺寸，进一步提高了设计的灵活性，且节约了总体系统成本。

（4）使用点对点连接方式，避免了并行总线的共享机制造成的总线利用率低的问题，通信链路利用率达到 100%，而且在点对点拓扑情况下，阻抗的匹配端接非常简单，一般高速串行收发器都自带匹配，实现双端端接，进一步降低反射。

基于上述技术优势，高速串行传输突破了并行传输方式的速度瓶颈，能够实现极高的数据传输速率，成为高速数据通信的理想选择。表 1-5 对比了高速并行传输和串行传输的特点。

近几年来，高速串行传输技术快速发展，因其具有高带宽、低时延、扩展性好等优点，已经广泛应用于通信网络、数据存储、个人计算机、服务器和嵌入式控制领域。在通信网络中，以光纤为传输媒介的高速串行传输技术极大地推动了广域网的发展，XAUI协议的提出扩展了 10G 以太网中 MAC 层和 PHY 层之间的与介质无关的万兆接口（XGMII）。在数据存储领域，串行连接 SCSI（SAS）和 SATA的提出迅速淘汰了并行 SCSI和 IDE，2001 年提出的 SAS1.0 标准的数据传输率是 3Gb/s，2013 年，美国超微公司推出 SAS3.0存储解决方案，其数据传输率达到 12Gb/s。SATA1.0标准的速率是 1.5Gb/s，SATA2.0的速率是 3Gb/s，2009年推出的 SATA3.0标准的速率达到 6Gb/s。

在个人计算机领域，IEEE1394 和 USB 接口已经得到广泛应用，基于 USB3.0 标准的产品也已于 2010 年 1 月问世，其速率达到 5Gb/s。PCI-Express 标准已经取代 PCI 和PCI-X，成为计算机外围设备的通用高速接口标准，2010年 11月最新发布的 PCI-Express 3.0标准，其速率达到 8Gb/s。Serial RapidIO接口作为一种高性能嵌入式互联技术，主要用于嵌入式系统的处理器总线、局部 I/O总线及背板。InfiniBand是一种支持多并发链接的“转换线缆”技术，主要应用于服务器与服务器、服务器和存储设备，以及服务器和网络之间的通信，具有高带宽、低时延和系统扩展性好等优点。