技术洞见 - SerDes简介

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mp.weixin.qq.com, Aug. 15, 2025 – 

SerDes简要介绍

SerDes是SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）的简称，是一种主流的时分多路复用（TDM)、点对点（P2P）的串行通信技术。发送端将多路低速并行信号转换成高速串行信号，经过传输媒体（光缆或铜线），在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，提升信号速度，从而大大降低通信成本。

随着电子行业技术的发展，特别是在传输接口的发展上，传统并行接口的速度已经达到一个瓶颈，取而代之的是速度更快的串行接口，于是原本用于光纤通信的SerDes技术成为了高速串行接口的主流。串行接口主要应用了差分信号传输技术，具有功耗低、抗干扰强、速度快的特点，最高传输速率可达10Gbps以上。在SerDes流行之前，芯片之间是通过系统同步或源同步并行接口来传输数据的。

SerDes的优点：更少IO数量，更小封装，更少走线，更低成本；有效降低电磁干扰，有效降低噪声和串扰。

SerDes的劣势：系统的设计复杂程度高，需要更高性能材质的通道。

帮助SerDes实现更高速高带宽的技术主要有：多路复用/差分/时钟数据恢复/链路均衡。

SerDes的技术原理

提升数据传递效率，总体上有两种方法：提高频率/带宽，提高带宽/频谱利用率。

信息技术的早期，数据传输主要用低速串口，为提高带宽，出现了低速并口（因为早期技术和硬件无法支持更高的频率和带宽）。随着并口技术的发展，干扰和噪音问题逐渐凸显，并口传输速度的瓶颈也逐渐到来。为此，又出现了"高速串行HSS"技术，逐渐用于通信、显示、消费电子等领域。SerDes就是一种可以集合串口和并口的技术。狭义的SerDes是一种物理概念，是一种在发送端将并行数据转换为串行数据，在接收端将串行数据恢复为并行数据的电路。

串-并转换的实现是基于信号复用技术的成熟。

信号复用是指在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。当前最常见的是时分复用、频分复用、波分复用、码分复用四种。

时分复用是将一条物理信道按时间划分为不同的时间片段，分配给多个信号使用。即，每一个信号在不同的时间上占用同一个信道；

频分复用是指将物理信道按频率划分为不同的虚拟信道，使多信号共同传输；

波分复用是按波长划分，是频分的一个分支；

码分是码型/地址划分；

时分复用和频分复用在SerDes领域更常见。

复用技术使得多个并行信号在串口中传输成为可能，进一步提高了效率。

上图为光通信领域，信号"复用"的示意图。

为进一步发挥SerDes的优势，还会用到名为"低电压差分信号"的技术，以更进一步提升带宽。差分信号由一对相反信号组成，接收端以两者的大小关系来识别"0"和"1"，信号在传输过程中即使受到干扰，大小关系也不会发生变化，保持了传输信号的完整性。差分信号有三种：低电压差分信号（LVDS）、低电压伪射级耦合逻辑（LVPECL）和电流模式逻辑（CML），目前在SerDes领域较常见的是LVDS。

信号的数模转换

所有信号，在传输时都是以模拟信号的形式传递。我们日常所说的"数字信号""模拟信号"是指信号的处理形式。因为二极管的工作原理，显而易见地，数字信号更容易被计算机处理。

数字信号转换为模拟信号，是通过调幅或者调频加到一个正弦波（一般称为"基带信号"）上面，这样调制后的携带信息的波就已经不是一个固定频率的正弦波了，这个调制后的波称为"载波信号"，就是我们想要的信息。数字转换为模拟的电路称为DAC。模拟信号转换为数字信号，可以简单记忆为：采量编，采样、量化、编码。

模拟转换为数字的电路称为ADC，ADC的过程可看作是DAC的逆过程。

ADC的指标主要有分辨率（又名精度）和采样率（又名转换速率）两项。分辨率用"位"来形容（可以理解为小数点的位数）。目前最初级的是8位的，常见于单片机。分辨率的位数越高，采样越准确，单点的采样值越接近真实值。采样率越高，还原数据的能力就越强。

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