高速数字总线，你不仅得认识它，还得知道它跑的有多快

在高速PCB设计的时候，会遇到各种各样的高速信号，高速的数字信号常见于各类并行的总线和串行的总线。信号的质量设计的怎么样，取决于你对它们的认识。它是谁？信号的速率有多高，有没有时序要求...

有人要问了，什么是并行的总线？什么是串行的总线？最好的区分方式就是，串行的传输方式为数据排成一行、一位一位送出，接收也一样；并行的传输是8位数据一次送出。

以最具典型代表的DDR并口为例，每8bit要附带一对DQS线作为时钟，每个bit都要同步到这对DQS上去，skew超标就不能工作。而串口信号在一个独立的信道上，每次只同时传输1bit，其他信道传什么跟我没关系。标准的串口如HDMI，SATA，SAS，PCIE...等，每对差分线组成一个信道，每个信道是否能成功传输并不取决于其他信道。而DDR这种，11根线（8根数据线，一对DQS，一个DM）组成一个信道，每次同时传8bit，错了某一bit只能重新传。在大部分情况下，为什么串行的差分对之间不用做等长，而并行的单端信号之间通常要绕几下，跟它们的传输方式有很大关系。

按照这种定义，各接口协议其实就已经很好划分了。

当你看到从某个IC出来的信号网络名有D0，D1，D2...有时钟，有地址，那肯定就是并行无疑了。这类高速总线相对来说比较好处理，除了必要的完整参考面和3W原则之外，通常还会绕个等长。不信来看图。

DDR并行总线

PHY的接口RGMII总线

SD卡的数据总线

模拟信号通过AD出来的数据总线

由串并转换器出来的并行数据总线

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图还有很多，挨个截出来，光图就可以写个好几期了。所以每次做完一个高速板，手都会绕的发抖，真想让老板招个绕等长工程师。当然并行总线不仅仅绕个等长就完事了，数据速率越高，负载越多，越讲究，DDR1，DDR2，DDR3，DDR4从1个颗粒到几十个颗粒都画过的同学应该就比较清楚。我们这里就不讨论了。

串行信号因为速率比较高，业界大佬研究的10G，25G，28G，40G甚至100G的信号都是在研究它。所以它的设计要更讲究，来看图。

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说真的，要是再早几年看到这些个图片，我都不知道这些都是在干什么，怎么把线扯成这样子。当然，不要觉得串行总线的设计就很难，速率高甚至超高的，当然讲究，速率低的就比较好处理。所以认识高速数字总线的传输速率很重要，当你认识它是谁的时候还得知道它是第几代产品。你说PCIE1.0的信号和PCIE4.0的信号处理起来能一样吗？

下面就来跟大家科普一下。

并行总线还是以DDR为例

常见的高速串行总线标准如下图所示。

1.QPI总线

QPI是双向的，在发送的同时也可以接收另一端传输来的数据，这样，每个QPI总线总带宽=每秒传输次数（即QPI频率）×每次传输的有效数据（即16bit/8=2Byte）×双向。QPI频率为6.4GT/s，总带宽=6.4GT/s×2Byte×2=25.6GB/s。

2.PCIE总线

3.USB总线

USB1.1：低速模式：1.5Mbps  全速模式：12Mbps

USB2.0：最高速率：480Mbps

USB3.0：理论上最高达4.8Gbps

USB3.1：理论上最高可达10Gbps

3.SATA总线

SATA1.0: 1.5Gbps

SATA2.0: 3Gbps

SATA3.0: 5Gbps

SATA3.1：8Gbps 

4.SAS总线

SAS1.0: 3Gbps

SAS2.0: 6Gbps

SAS3.0: 12Gbps

SAS4.0：24Gbps 

5.HDMI总线

HDMI1.0: 1.65Gbps

HDMI1.3：3.4Gbps

HDMI1.4：HDIM1.4版的线只是增加了网络的那对线的，功能不具备TMDS的功能，所以1.4版仍然是3.4Gbps

HDMI2.0：6Gbps

业界所说的HDMI的传输速度可达10Gbps,18Gbps是三对数据差分线叠加效应的结果，也就是3.4GbpsX3和6GbpsX3

6.Ethernet以太网口总线

早期以太网：10Mbps

百兆以太网：理论上最大100Mbps

千兆以太网：理论上最大1Gbps

7.光纤

集成高速串行收发芯片可以实现40/100Gbps以太网，其速度并不是一路串行差分对实现40/100Gbps速率传输，而是多对差分对叠加效应的结果。Alteration FPGA芯片实现100Gbps的方案有两种，一种是10对差分对，每对速率为10.312Gbps 10Gbps；另一种为4对差分对，每对速率为25.781 25Gbps

8.雷电Thunderbolt总线

Thunderbolt1.0：10Gbps

Thunderbolt2.0：20Gbps

Thunderbolt3.0：40Gbps

9.光模块

SFP：10Gbps

QSFP：40Gbps

ZQSFP:100Gbps

...

这些如果同学们在设计的过程中如果遇到了，并且知道它是谁，是第几代产品，信号速率是多少，就能够以不变应万变，这些都画过的同学，不是大神也是老司机了。

好了，这期内容就到这里，希望对大家有帮助，谢谢！

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