隨著電信數(shù)字載波系統(tǒng)T1和E1的出現(xiàn)，數(shù)字重定時器在1960年代引起了人們的關注。這些系統(tǒng)在屏蔽雙絞線上傳輸多條語音電路通道，每隔幾千英尺安裝一個數(shù)字重定時器。它們在當時是先進的，并且使用了與當今高速重定時器相同的技術，包括均衡，時鐘數(shù)據(jù)恢復（CDR），線路編碼和成幀。

對于每個序列化器/反序列化器（SerDes）用例，總是存在需要增強覆蓋范圍的其他應用程序。轉(zhuǎn)接驅(qū)動器或轉(zhuǎn)接器芯片的典型應用是：

• 到達大型PCB的最遠角落
• 使用其他連接器
• 支持子卡
• 到達擴展架
• 使用劣質(zhì)的PCB材料
• 允許具有較短SerDes的芯片支持需要較長SerDes的應用程序
• 增強設備功能

轉(zhuǎn)接驅(qū)動器和轉(zhuǎn)接器比較

典型的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器數(shù)據(jù)路徑包括連續(xù)時間線性均衡器（CTLE），可變增益放大器（VGA）和線性驅(qū)動器。CTLE用于均衡信道中經(jīng)歷的頻率相關損耗。VGA用于恢復信號的幅度。線性驅(qū)動器用于以正確的阻抗驅(qū)動通道。

轉(zhuǎn)接驅(qū)動器通常具有輸入信號丟失閾值和輸出接收器（Rx）檢測功能，以及一個靜噪檢測器，可以以差分方式檢測低速通道上是否存在通信信號。圖1給出了一個典型的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器框圖。

圖1此典型轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的框圖顯示了一個CTLE，用于均衡通道中與頻率有關的損耗； VGA，用于恢復信號幅度；線性驅(qū)動器，用于以正確的阻抗驅(qū)動通道。

模擬轉(zhuǎn)接驅(qū)動器限制

模擬轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的三個主要缺點是：

• 轉(zhuǎn)接驅(qū)動器會放大信號及其內(nèi)部噪聲。原始發(fā)射機在有損信道上發(fā)送具有高信噪比（SNR）的信號。轉(zhuǎn)接驅(qū)動器中的CTLE和放大器具有各自的本底噪聲。當信號被放大時，這兩個本底噪聲的組合隨信號一起增強。當最終的接收器試圖恢復數(shù)據(jù)時，它必須與放大的噪聲抗衡，從而限制了轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的利益。
• 轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序僅部分清除符號間干擾（ISI）。通道在通帶中的頻率相關損耗會在多個位時間內(nèi)抹掉位。CTLE可以均衡一部分ISI，但是CTLE永遠無法精確配置以完全糾正所有問題，而且不均衡的通帶紋波會留下額外的ISI。最終接收者必須應對這個殘留的ISI。
• 轉(zhuǎn)接驅(qū)動器不會恢復眼圖寬度和相關的抖動。在接收器處保持良好的眼寬對于無差錯性能至關重要。多種因素會降低眼圖寬度，包括熱噪聲，偏斜，模擬失配，上升/下降時間失配，端接失配，ISI和電源噪聲。轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的存在進一步降低了這些因素中的大多數(shù)，使信號恢復更具挑戰(zhàn)性。

結(jié)果，無法利用轉(zhuǎn)接驅(qū)動器之前和之后的鏈接的完整范圍。在每個地方都必須使用較短的走線長度，以最大程度地減少增加的噪聲，殘留ISI和狹窄眼寬的影響。由于這些問題，在所有設想的使用場景中，系統(tǒng)開發(fā)人員要負擔很大的負擔，以了解和表征轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序?qū)ψ罱K系統(tǒng)的復雜影響。

有關降低信號完整性的通道損傷的類型以及重新驅(qū)動器和重新定時器在糾正它們中所起的作用的更多見解，請參閱《使用以太網(wǎng)重新定時器和重新驅(qū)動器保留信號完整性》。

重定時器如何工作

典型的重定時器是一種混合信號模擬/數(shù)字設備，它具有協(xié)議感知能力，并且能夠提取嵌入式時鐘，完全恢復數(shù)據(jù)并使用干凈的時鐘重新傳輸數(shù)據(jù)的新副本。除了在轉(zhuǎn)接驅(qū)動器中也可以找到的CTLE，VGA和驅(qū)動器級以外，重定時器還包含CDR電路，長尾均衡器（LTE）和判決反饋均衡器（DFE）。

LTE補償了長期的脈沖響應損傷，DFE充當了非線性均衡器，抑制了由于諸如高頻損耗和陷波之類的信道缺陷而導致的ISI。

內(nèi)部數(shù)字邏輯，狀態(tài)機和/或微控制器管理CTLE，VGA，LTE和DFE模塊的自動適配，并實現(xiàn)協(xié)議鏈接訓練和狀態(tài)更新。圖2給出了典型的重定時器框圖。

圖2除了在轉(zhuǎn)接驅(qū)動器中還可以找到的CTLE，VGA和驅(qū)動器級之外，典型的重定時器還包括CDR電路，LTE和DFE。

簡單來說，轉(zhuǎn)接驅(qū)動器僅放大信號，而轉(zhuǎn)接定時器則完全恢復數(shù)據(jù)并發(fā)出清晰的新副本。圖3對此進行了說明，并顯示了如何通過重新驅(qū)動器增強衰減的眼圖張開度以及如何通過重新定時器完全重新生成。

圖3三個示例-通道衰減的眼（左），轉(zhuǎn)接驅(qū)動器后的眼（中）和重定時器后的眼（右）-說明了重驅(qū)動器如何增強信號以及重定時器如何重新生成信號。

為了實現(xiàn)其目標，重定時器必須了解協(xié)議。重定時器監(jiān)視通過它的鏈接配置事務，并在正確的模式下進行設置。在某些情況下，重定時器也參與鏈接設置操作。由于采用了這些自動化步驟，因此無需手動調(diào)整特定的通道，電纜和形狀因數(shù)，從而使以更高數(shù)據(jù)速率進行的系統(tǒng)集成變得更加簡單。

高速規(guī)格的定時器

最近發(fā)布了許多高速且難以實現(xiàn)的SerDes規(guī)范，包括USB4，PCIe 5.0，CEI-28G和CEI-56G中所包含的規(guī)范，以及仍在繼續(xù)的PCI 6.0和CEI-112G規(guī)范。正在開發(fā)中。所有這些新標準旨在滿足對更高數(shù)據(jù)吞吐量的需求。

二十年來，八十年代的SerDes及其前身是由光學互聯(lián)網(wǎng)絡論壇（OIF）和IEEE 802.3以太網(wǎng)委員會組成的。每一代廠商都開發(fā)了與協(xié)議無關的比特級重定時器產(chǎn)品，以使系統(tǒng)制造商能夠進一步發(fā)展。

這些SerDes和相應的重定時器已在電信，以太網(wǎng)，因特拉肯，RapidIO，串行高級技術附件（SATA），串行附件（SCSI）SAS，光纖通道，InfiniBand和眾多專有系統(tǒng)中廣泛使用，改裝或影響。轉(zhuǎn)接驅(qū)動器芯片在OIF /以太網(wǎng)系列生態(tài)系統(tǒng)中從未普及，這是因為通常設計更為嚴格的鏈接會占用鏈接余量。

PCI Express（PCIe）是高速串行計算機擴展總線標準。它是用于個人計算機圖形卡，硬盤驅(qū)動器，SSD，Wi-Fi和以太網(wǎng)硬件連接的標準主板接口。轉(zhuǎn)接驅(qū)動器很好地滿足了以8 Gbps通道運行的PCIe 3.0規(guī)范。PCIe 4.0將速度提高了一倍，達到16 Gbps通道，轉(zhuǎn)接驅(qū)動器難以解決該問題，并為系統(tǒng)實現(xiàn)者帶來了適度的收益。

2019年5月，PCI-SIG標準組織正式發(fā)布了PCIe 5.0規(guī)范，數(shù)據(jù)通道運行速度高達32 Gbps。盡管速度的提高以及對擴展能力的需求增加，但PCIe轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的道路似乎已接近尾聲。當我們前進到即將到來的PCIe 6.0標準時，PAM4的脆弱性甚至使重新考慮驅(qū)動程序成為一個難題。

然后是通用串行總線（USB），這是用于計算機，外圍設備和其他計算機之間接口的行業(yè)標準。USB 1.0于1996年發(fā)布，隨后是USB 2.0于2000年發(fā)布。盡管USB-IF未對轉(zhuǎn)接驅(qū)動器進行標準化，但它們在范圍擴展和電壓兼容性方面所提供的優(yōu)勢使得它們成為必不可少的。

隨著2010年USB 3.0的發(fā)布，USB中信號完整性的挑戰(zhàn)變得更加明顯，增強型轉(zhuǎn)接驅(qū)動器產(chǎn)品進入市場，以擴展Superspeed 5 Gbps鏈路的范圍。USB 3.1和Superspeed + 10 Gbps鏈接延續(xù)了這一趨勢。USB 3.2規(guī)范通過USB-C連接器將USB 3.0中的單通道模式擴展為雙通道，并進一步增加了轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的應用程序數(shù)量。

在2019年8月，USB-IF正式發(fā)布了USB4規(guī)范，該規(guī)范將鏈接的性能進一步提高到了20 Gbps通道（2通道上為40 Gbps鏈接）。20 Gbps信號比其前任產(chǎn)品脆弱得多，因此更容易受到ISI，通帶紋波，抖動源，模擬失配，終端失配，線對內(nèi)偏斜，反射，熱噪聲和電源噪聲的影響。結(jié)果，USB轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的時代即將結(jié)束。

更新的高速互連規(guī)范將推動新一代的信號調(diào)理解決方案。數(shù)字重定時器是在保持信號完整性的同時，通過具有挑戰(zhàn)性的信道發(fā)送超高速數(shù)據(jù)的關鍵要素。在高于10 Gbps的速率下，使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動器面臨許多挑戰(zhàn)。這是預期重定時器支持并將其寫入最新規(guī)范的一個核心原因。

總之，信號調(diào)理技術（例如重新驅(qū)動器和重新定時器）在許多系統(tǒng)環(huán)境中很有用。隨著數(shù)據(jù)速率超過10 Gbps，在許多應用程序中，轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的適用性已經(jīng)減弱。在OIF /以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，重定時器已成為首選的信號調(diào)節(jié)器。在PCIe生態(tài)系統(tǒng)中，PCI 4.0是轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的最后一口氣，而轉(zhuǎn)接定時器則提供了更好的解決方案。在USB生態(tài)系統(tǒng)中，USB4是轉(zhuǎn)接驅(qū)動器已成為系統(tǒng)問題的錯誤答案的過渡點。

支持協(xié)議的重定時器解決方案為USB4應用提供了必要的信號完整性性能，并提供了健壯的，無借口的開發(fā)路徑和經(jīng)濟高效的系統(tǒng)解決方案，可滿足消費者的需求。

Brian Holden是Kandou的標準副總裁。

保羅·威爾遜（Paul Wilson）是Kandou產(chǎn)品行銷總監(jiān)。

編輯：hfy