PCI-Express总线设计中的差分信令技术

"本文探讨了差分信令在高速通信中的发展，特别是在基于FPGA的PCI-Express（PCIe）总线设计中的应用。差分信令相较于传统的单端信令，具有更强的抗干扰能力、更好的电磁干扰（EMI）抑制效果以及更高的时序定位精度，因此成为高速IC通信的首选。文章还介绍了三种IC间通信的时序模型：系统同步、源同步和自同步，并对每种模型进行了详细的解释和优缺点分析。" 差分信令是现代高速数字系统中不可或缺的一部分，尤其在FPGA设计中，如PCIe总线设计。PCIe是一种基于差分信号的高速接口标准，能够提供高带宽、低延迟的数据传输。基本的I/O概念包括单端输入和差分信号。单端输入使用单一信号线，而差分信号则通过一对信号线（V+和V-）来表示逻辑状态，提高了信号质量并降低了干扰。 差分信令的优势在于其出色的抗干扰性能，因为信号是相对于一对线路的电压差来判断的，而不是绝对电压。此外，它能有效抑制EMI，减少对外部环境的影响。再者，差分信号的时序定位更加精确，对于高速通信至关重要，确保了数据传输的可靠性。 系统同步是所有设备共享同一时钟源的通信方式，确保所有操作在同一时间点执行。然而，随着速度提升，源同步应运而生，它允许驱动端将数据和时钟副本一起发送，简化了时序参数。尽管如此，源同步会增加时钟域的数量，带来时序约束和分析的挑战，尤其是在大型并行总线设计中。 为了解决源同步的这些问题，自同步技术被引入。在自同步系统中，数据流包含了数据和时钟信息，接收端通过时钟数据恢复（PLL）来提取时钟。自同步接口通常包括并串转换（SERDES/MGTs）、串并转换和PLL。并串转换将并行数据转换为串行数据，串并转换则反之。PLL则负责从数据流中恢复时钟，确保数据正确解码。 差分信令在FPGA的PCIe总线设计中扮演了关键角色，通过系统同步、源同步和自同步等时序模型，实现了高速、稳定的数据传输。随着技术的发展，这些通信策略将继续优化，以满足未来更高速度、更大带宽的需求。