PCIe扫盲——ReTimer和ReDriver简介

自2019年下半年，PCIe Gen5正式发布以来，其单个Lane/Channel速率已达32Gbps，传统的FR4电路板支持这么高的速率是完全不可能的事情。即使面对的是Gen4带来的16Gbps，FR4仍在瑟瑟发抖……

在6GT/s以下的串行通信协议中，8B/10B编码的是绝对的主流，其完美的DC均衡编码，极大地降低了串行收发器（尤其是Receiver）的设计难度。但是8B/10B的浪费20%带宽的缺点，限制了其在6GT/s以上速率串行协议中的进一步演进……于是各种高效率编码开始出现，如Ethernet 10GBASE-R PCS中用的64B/66B，PCIe Gen3及以上版本用的128B/130B，DisplayPort用的128B/132B，64B/67B……等等

新的高效率编码，借助更加复杂的扰码器，依然可以实现较长时间内的直流均衡，但是不可避免地会带来更长的Run Length（数据流中连续的0或者1）。这对串行接收器（Receiver）提出了更高的要求，往往也需要更加复杂的CDR设计，匹配以更加复杂的Tx/Rx EQ手段。

然而，相比于每提高1Gbps速率所需要的硬件成本（更低损耗的板材，价格是传统FR4的数倍），使用高效率编码带来的成本显然更低。

以PCIe应用来说，PCIe Gen3 仍可以较为容易地在普通的FR4上实现。但是Gen4则需要比FR4更低损耗的板材，这也是为什么支持PCIe Gen4的PC主板要比不支持Gen4的贵很多的原因之一。然而，即使是使用更贵（低损耗）的板材，长距离地传输16Gbps的信号仍然是一个非常大的挑战。在PCIe Gen4 Base Spec，还首次提出了信号调节的概念。有两种信号调节功能的器件：

• ReTimer，

• ReDriver

ReDriver功能相对简单，其通过Rx端的CTLE（基本原理一般就是一个高通滤波器），和Tx端的驱动器，实现对损耗的补偿，进而使得眼图的窗口变大，让整个PCIe通道看起来有更小的衰减。由于ReDriver有没涉及到任何协议相关的内容，所以其两端的PCIe设备是无法感知到ReDriver器件的存在的。

ReTimer不仅会在Rx端实现CTLE和DFE，还会在Tx端实现相应的EQ功能。这使得ReTimer器件能够分别于其两端的器件实现EQ Training，如上图所示。

因此ReTimer能够实现比ReDriver更好的降低通道物理损耗的效果。然而，复杂的ReTimer会增加更多的Latency。以PCIe Gen4应用为例，ReTimer带来的Latency可达64ns，而ReDriver往往只有100ps。

下面是几个使用ReTimer/ReDriver的例子：

注：本文主要参考资料来自TI，原文网址：https://edu.21ic.com/lesson/2217