技术白皮书 | EasyCDR®——满足您特定需求的定制化解决方案

6个月前更新

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1. SerDes介绍

SerDes由串行器（Serializer）和解串器（Deserializer）两个英文单词组合而成。SerDes可以通过同轴电缆或双绞线传输大量信息。当今世界，对更高速数据传输的需求与日俱增，而并行数据流却跟不上。SerDes技术可用于50欧姆同轴电缆接口或100欧姆双绞线接口。在某些情况下，还可以通过同轴电缆传输电源（POC），这是摄像机供电的理想选择。

时钟数据恢复（Clock Data Recovery，CDR）是在单根电缆（铜缆或光纤）中实现无时钟数据传输的关键技术。传输数据到电缆时，数据已输出，但时钟信号未发送。作为替代，可通过CDR技术从数据流中根据数据跳变来获取时钟信息，该时钟称为嵌入式时钟。关键任务在于接收端通过CDR技术恢复时钟信息。一般的方法是建立一个基于模拟的专用CDR系统，与发送功能共同完成整个SerDes功能。

2. 通过GPIO实现基于高云EasyCDR®的SerDes

Easy Clock Data Recovery (EasyCDR®) 是一项突破性技术，旨在简化数据接收流程，同时大大降低复杂性、降低功耗以及节约成本。高云最新推出的GW5A系列采用了先进的I/O结构，可以接收带有嵌入式时钟信号的串行数据。高云最新的EasyCDR® IP可以将串行输入数据解串，输出10位或16位并行数据和时钟。整个解决方案在GPIO和FPGA fabric中完成，无需使用专用的模拟SerDes。

高云在其GW5A系列芯片中提供了EasyCDR®功能，其性能卓越，传输速度高达2.5Gbps。EasyCDR®的简易性和高效性使其成为模拟SerDes解决方案的理想替代品，后者往往更耗电、更复杂并且更昂贵。

下图显示了EasyCDR®在SerDes中作为接收功能工作的情况。

3. EasyCDR®解决方案的优势

在应用速度要求低于2.5Gbps的情况下，高云的EasyCDR®解决方案可作为传统模拟SerDes解决方案的现代化高效替代品。以下是高云EasyCDR®所具有得优势：

多功能性

EasyCDR®解决方案基于FPGA的通用资源，而不是专用的模拟SerDes模块，因此具有灵活性和通用性。无论是否有高速收发器，EasyCDR®都可以在所有高云Arora V器件上实现。用户可以轻松实现SerDes协议，从而适应各种不同情况。这使EasyCDR®成为许多现代电子设计中的重要补充。

成本和功耗效益

模拟SerDes模块成本高、功耗大。这就是每个FPGA只有几个收发器，甚至根本没有SerDes的原因。另一方面，GPIO数量多、功耗低、实现成本低。EasyCDR®利用了FPGA的GPIO和逻辑资源，因此成本和功耗都很低。

填补技术进步的空白

当今世界，一方面，人工智能、智能手机等前沿技术推动了晶圆制程技术的快速发展。另一方面，几十年前定义的技术仍在被广泛应用。例如，USB2.0于2000年推出，至今仍有数以百万计的USB2.0设备在出货。现在，GPIO的速度可以轻松超过USB2.0的速度（480Mbps）。将最新技术制成的新芯片来支持这样一个低速协议是没有意义的，然而，这是一种基于SerDes的协议，传统FPGA GPIO无法支持。EasyCDR®技术填补了这一空白。

更大的数据处理能力

扩展速度范围以支持更多应用对我们来说非常重要。EasyCDR®的处理速度高达2.5Gbps，使其从竞争对手中脱颖而出。这样的速度已经可以满足许多用户的需求。

4. 应用实例

工业现场总线的潜在应用

工业现场总线应用对工业领域的仪器、控制器、执行器和现场设备之间的数字通信至关重要。高云的EasyCDR®可应用于现场总线系统，处理现场控制设备和高级控制系统之间的数据交换，包括PROFIBUS、PROFINET、SERCOS、Modbus以及EtherCAT等标准。

特别是EtherCAT标准，已发展到可支持EtherCAT G（1 Gbit/s）和 EtherCAT G10（10 Gbit/s）等高速数据传输速率。EasyCDR®可在处理此类高速数据转换应用中发挥重要作用，提供可靠且性价比高的解决方案。

7:1 LVDS

7:1 LVDS通常用于连接LCD面板驱动信号。EasyCDR®可以满足数据传输速率的要求，但它需要数据的跳变信息来进行同步传输。为此，可能需要采用8B10B编码或加扰等技术来确保数据的连续跳变。不过，值得注意的是，随着eDP和V-by-One等嵌入式时钟接口的普及，7:1 LVDS接口的市场正在缩小。

MIPI M-PHY

MIPI M-PHY使用PWM信号和EasyCDR®。EasyCDR®基于边沿，能有效恢复时钟。它为MIPI M-PHY提供同步功能，即使时钟速率是数据速率的三倍，也能确保可靠的数据接收。

LVDS总线应用

在LVDS总线应用中，EasyCDR®无需额外的时钟信号即可进行数据传输，从而简化了连接。高云的GW5A和GW5AR器件具有更高的接收速率，最高可达2 Gbps。这一功能对于满足工业环境中日益增长的更高数据传输需求至关重要。

结论

高云的EasyCDR®是数据接收的前沿解决方案，在现有速度范围内优于传统的模拟SerDes选择。凭借技术发展、更高的数据处理能力、功耗/成本效益和多功能性，EasyCDR®为包括工业现场总线、LVDS接口和MIPI M-PHY在内的各种应用提供了更优越的选择。随着各行业不断要求更快、更高效的数据接收解决方案，EasyCDR®随时准备迎接这些挑战，同时简化电子系统的设计并降低成本。

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