分享我们必须知道的高速GTX技术

　　eSATA接口只有几根线为什么那么快？连上网线显示的1Gbps是不是很令人兴奋！没错他们都用了高速GTX技术，GTX全称为Gigabit Transceiver，是为了满足现代数字处理技术和计算技术庞大数据的高速、实时的传输，目前主要应用在片间通信（两片FPGA之间，FPGA与DSP之间等）、板间通信（电脑主板与交换机，硬盘与主板等）等。传统的并并行传输技术存在抗干扰能力低，同步能力差，传输速率低和信号质量差等问题。GTX目前的线速度范围为1Gbps~12Gbps，有效负载范围为0.8Gbps~10Gbps，目前GTX已经应用于光纤通道（FC），PCI Express，RapidIO，串行ATA，千兆以太网，万兆以太网等，GTX技术已经充斥我们周围很久了，作为一个技术人员，你是不是该知道点关于高速GTX呢？

　　GTX线路实现

　　GTX收发器采用的是差分信号对数据进行传输，其中LVDS（Low Voltage Different Signal）和CML（Current Mode Logic）是常用的两种差分信号标准。在普通单片机（如51单片机中）不包含差分接口，均是以地作为参考，差分信号时有两根几乎完全相同的线路来组成一对等值、反相信号，接收端通过比较两端电压差值来确定传输的是“0”还是“1”，如果正参考电压比负参考电压低，则信号为高；如果负参考比正参考电压高，则信号为低。因为线路上受到的噪声干扰几乎完全相同，在计算差值时相减从而达到抵消的效果，这就使得差分信号抗干扰能力特别强，高速传输时不易出错。如图1所示为差分信号传输模式。

　　

　　图 1 差分传输

　　除了利用差分信号外，GTX采用自同步技术来解决时钟同步问题。目前常用同步方式有系统同步，源同步和自同步。三种同步方式的结构如图2所示。系统同步利用片外的晶振进行同步，由于板间线路的长度不一致，以及片内延迟不一致，在时钟速度较高时可能存在较大误差。源同步是在发送数据时同时发送一个时钟副本，这种设计需要更多的时钟端口。自同步将时钟包含在数据流中，从数据流中进行时钟恢复，不仅端口使用较少，而且不论是在高速还是低速，时钟延迟与数据延迟都保持一致，可以保证采样的正确性。

　　

　　图2 同步结构

　　自同步接口主要包含三个模块分别是并串转换、串并转换和时钟恢复。时钟恢复是利用锁相环（PLL）合成出一个与输入串行信号的时钟频率一致的时钟，供采集数据用。

　　GTX线路驱动器最重要的特性可能就是预加重的能力。预加重是在电平翻转开始前的有意过量驱动。如果串行流包含多个比特位时间的相同数值数据，而其后跟着段比特位（1或2）时间的相反数据数值时，会发送符号间干扰。介质（传输通道电容）在短时间过程中没有足够的充电时间，因此产生了较低的幅度。在符号间干扰的情况下，长时间的恒定值将通道中的等效电容完全的充电，在紧接着的相反数据值位时间内无法反相补偿。这样就会导致相反数据的电压值有可能不会被检测到，如图3所示。解决这种现象的方法是：转变开始时加入过量驱动，而在任意的连续相同数值时间内减少驱动量，减少驱动量的过程也称作去加重。经过预加重后，眼图的睁开度将会得到极大改善。

　　

　　图 3 符号间干扰

　　GTX接口结构

　　图4为常用的串行GTX收发器发送和接收基本结构框图，发送通道由线路编码器、发送缓冲器、并串转换器等模块组成，接收通道由串并转换器、时钟修正和通道绑定、线路译码、接收缓冲等模块构成。

　　并串转换器：顾名思义就是讲速率为y的n位宽并行数据转变成速率为n*y的串行数据。

　　发送缓冲器：在输入数据发送之前，暂时保存数据。

　　线路编码器：将数据编码程适应不同线路的格式。编码器通常会消除长的无转变的序列，同时还可以平衡数据中0、1的出现次数。常用的线路编码机制为8B/10B编码。

　　串并转换器：与并串转换器的功能相反，将速率为n*y的串行数据转变成速率为y的n位宽并行数据。

　　时钟修正和通道绑定：修正发送时钟和接收时钟之间的偏差，同时也可以实现多通道间时钟歪斜的修正。

　　线路译码：将线路上的编码数据分解成原始数据。

　　接收缓冲：在接收数据被提取之前，暂时保存数据。

　　

　　图4 GTX收发结构

　　这里只是简单的介绍了GTX一些知识，不过从以上内容就可以大概知道GTX的底层是如何实现的，和上层的实现结构，其中的每一个部分都包含了很多的内容，如果想深入了解，可以看一看High-Speed Serial IO Made Simple，里面详细介绍了各个模块的实现，已经如何在PCB板上布线。希望本篇文章对你了解GTX有所帮助。