面臨現階段的資料傳輸速率動輒每秒達Gigabit等級，過去使用的光學模組在成本上已無法符合要求，因此透過內建SerDes技術的晶片，並採用接收等化/發送預加強的技術，利用成本較低的銅纜線，進行中短距離範圍的Gigabit序列連結將更輕而易舉。
過去10年中，晶片技術的進展已超出預期，讓許多應用能處理更多的資料，並發揮更高的品質。如今，微處理器(MCP)技術的進步甚至讓更多應用能處理更多不同的資料類型，並達到前所未有的快速處理速度。
電信、工業自動化、視訊、航空等範疇的電子系統開始能處理大量的資料後，如今須能使資料更有效率地進出處理單元。在這些系統中移動資料所需的速率如今已達到每秒數Gigabit的程度。長久以來，Gigabit資料速率應用一直只用於電信及資料通訊系統，然而，醫學成像(Medical Imaging)及機械視覺(Machine Vision)等許多系統現在也必須進行Gigabit序列連結，以便能有效率地在高速成像攝影機與高畫質成像系統等來源，以及資料處理單元間移動資料。
光學連結已不符合現今所需
對於電子工程社群而言，Gigabit序列連結不是一項新技術，不過，一直以來Gigabit序列連結都是利用光纖纜線與光學模組進行電子訊號與光學訊號的相互轉換。光學媒介相當適合處理以極高位元速率移動的資料，因為資料不會受到電磁干擾(EMI)、集膚效應(Skin Effect)及串音等電子訊號常遇到的障礙所干擾。當高位元速率的電子訊號藉由銅質媒介進行傳輸時，這些障礙在電域中經常會導致許多應用通常無法接受的位元錯誤。
在10～15年前，若工程人員想要在應用中實施Gigabit序列連結，依據當時的半導體技術環境，只能選擇光學連結。光學連結具備許多優點，不過其本身的幾個重大缺陷使得許多應用都無法予以採用，實施成本過高便是其中一項。舉例來說，在一般的情況下，光學連結的實施成本是銅纜線連結應用的數倍之多。
此外，光學連結的缺點還包括在光域內施行所需的技術設定以及光學訊號所需的特殊測試設備，且不曾處理光學連結的工程人員須在極短的時間內學會這類序號連結的實作。這些缺點常會導致開發及製造成本增加，由於大多數應用都有市場能接受的特定價位，因此許多應用無法承受如此高的成本。
接收等化/發送預加強簡化序列連結
在過去10年中，晶片技術的進展使Gigabit序列連結得以藉由雙絞線電纜(Twisted Pair Cable)及背板跡線(Backplane Trace)等銅質媒介進行。由於接收等化及發送預加強(Transmit Pre-emphasis)等半導體技術的出現，工程人員如今能利用高達20～40公尺的雙絞線銅質媒介進行多重Gigabit序列連結的實作。此外，接收等化及發送預加強等新技術已十分常見於Gigabit串列/解串列器(SerDes)等IC裝置中，因此系統設計人員能更容易地利用纜線及背板等媒介進行序列連結的實作。這些半導體技術的進展使系統設計人員能以符合成本效益的方式，在應用中實施Gigabit序列連結。
由於了解接收等化及發送預加強之類的等化方法屬於訊號調節技術的範疇，因此相當重要。一般而言，等化會嘗試補償訊號上媒介通道所出現的衰減效應(Attenuating Effect)，如簡單的預加強機制會嘗試在連結的發送端進行訊號的預失真處理。當預加強的訊號透過銅線等媒介到達接收器後，訊號會更近似發送器所發出的訊號。
簡單的接收等化機制通常施行於接收內送訊號並進行濾波的接收器通道，以便將訊號的高頻率部分放大，使媒介通道的衰減效應得以復原。長期以來，德州儀器(TI)等廠商不斷研發遠優於簡單機制的訊號調節技術，如已推出許多解決方案能結合複雜的分散式反饋等化方法進行適應性等化的實作。
發送預加強及接收等化等訊號調節技術的結合提供強而有力的工具，讓系統設計人員能進行符合成本效益的Gigabit序列連結實作。為了進一步簡化序列連結的實作，晶片供應商將等化技術整合於許多SerDes裝置中，這通常也是序列連結訊號鏈實作的一部分，以下將探討這些技術的使用可達到何種序列連結。
了解媒介漏失曲線 選擇合適訊號調節緩衝器
採用雙絞線銅纜線等銅質媒介施行Gigabit資料速率序列連結時，必須了解目標纜線出現的漏失曲線(Loss Profile)，圖1及圖2顯示不同長度的高畫質多媒體介面(HDMI)纜線所出現的漏失曲線。
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| 圖1 15公尺HDMI纜線漏失曲線 |
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| 圖2 30公尺HDMI纜線漏失曲線 |
了解媒介的漏失曲線之後，設計人員即可選用SerDes及/或具有適當訊號調節功能(接收等化及/或發送預加強)的訊號調節緩衝器，實現連結內最佳的訊號完整性，以便抑制與媒介有關的漏失。並以具備可選擇等化程度的SerDes裝置，以及設計人員可運用的完全適應性等化機制。
基本了解以上重要項目，針對符合成本效益的Gigabit纜線連結實作，以下將就傳輸距離及資料速率的層面進行探討。
表1顯示SerDes裝置透過標準HDMI纜線在30公尺的範圍內達到3Gbit/s的效能。假設位元錯誤率(BER)為10-12，顯然此SerDes裝置的發送預加強及接收等化訊號完整性功能可實現長距離纜線的應用。類似的光學實作除必備的SerDes裝置之外，還需要多個光學模組及光纖纜線與連接器。值得注意的是，10-12的BER通常是許多不同通訊標準的效能評定基準。
表2為另一個實例，當中顯示採用SerDes裝置所達到的纜線效能，其採用的纜線為戈爾(Gore)的Eye Opener纜線。從結果可看出，SerDes裝置透過Eye Opener纜線並運用SerDes裝置的適當等化設定，可實現範圍高達40公尺的傳輸。同樣地，類似的光學實作需更高的成本、更多的實作時間，以及特殊的光學測試設備。
本文舉出的實例僅呈現現今訊號調節半導體技術中一部分效能。對於大多數的系統設計人員而言，隨著這些技術不斷整合於SerDes及訊號調節緩衝器裝置中，利用銅質媒介進行中短距離範圍的Gigabit序列連結將變得更輕而易舉。
(本文作者為德州儀器Gigabit SerDes行銷經理)