SerDes là viết tắt của Serializer (Ser) và Deserializer (Des). Một Serializer nhận dữ liệu từ nhiều đường song song và chuyển đổi thành một hoặc ít đường nối tiếp hơn. Ngược lại, một Deserializer nhận dữ liệu nối tiếp từ đầu vào và chuyển đổi nó trở lại dạng song song ban đầu.

Lợi ích của việc sử dụng SerDes

Giảm số lượng kết nối và chi phí:
Quá trình serialize/deserialize giúp giảm số lượng dây dẫn và cổng kết nối cần thiết, từ đó tiết kiệm chi phí vật liệu và thiết kế hệ thống. Điều này đặc biệt hữu ích trong các hệ thống lớn, nơi việc sử dụng nhiều dây cáp gây cồng kềnh và tốn kém.

Giảm nhiễu EMI (Electromagnetic Interference):
SerDes chuyển đổi tín hiệu từ dạng single-ended (TTL hoặc CMOS) sang tín hiệu vi sai điện áp thấp (Low Voltage Differential Signals – LVDS). LVDS sử dụng hai dây dẫn để truyền tín hiệu, trong đó tín hiệu ở hai dây sẽ đảo ngược pha nhau. Cách truyền này giúp giảm thiểu nhiễu EMI vì các tín hiệu nhiễu từ môi trường sẽ ảnh hưởng đồng đều lên cả hai dây và được triệt tiêu.

Truyền dữ liệu tốc độ cao:
SerDes cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao qua khoảng cách lớn. Trong các hệ thống bus song song, sự khác biệt về độ trễ giữa các đường tín hiệu (skew) có thể gây lỗi ở tốc độ cao. SerDes khắc phục vấn đề này bằng cách gom tín hiệu thành một luồng nối tiếp, loại bỏ sự không đồng bộ giữa các đường.

Ứng dụng của SerDes

LVDS (Low Voltage Differential Signals) thường được sử dụng để kết nối giữa bộ xử lý (processor) và màn hình LCD. Ví dụ: Công nghệ FlatLink trong laptop sử dụng LVDS để truyền tín hiệu đồ họa từ GPU đến màn hình LCD, đảm bảo tín hiệu ổn định và chất lượng hình ảnh cao. Đồng hồ (clock) trong hệ thống này thường được gửi qua một đường tín hiệu riêng, giúp duy trì độ đồng bộ.

SerDes đóng vai trò quan trọng trong các giao thức mạng như Ethernet 10G, 25G, 100G, cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao giữa các thiết bị mạng. Trong các giao thức lưu trữ như SATA và PCIe, SerDes giúp kết nối nhanh và hiệu quả giữa CPU, bộ nhớ, và các thiết bị ngoại vi.

Trong viễn thông, SerDes là thành phần cốt lõi trong các hệ thống 5G, đảm bảo kết nối tốc độ cao giữa các trạm phát sóng và thiết bị đầu cuối. Khả năng xử lý tín hiệu tốc độ cao của SerDes giúp nâng cao hiệu suất và giảm độ trễ trong các mạng viễn thông hiện đại.

Trong công nghiệp, SerDes được sử dụng để truyền tín hiệu video chất lượng cao trong các ứng dụng công nghiệp, như hệ thống camera giám sát hoặc thiết bị y tế. Những ứng dụng này đòi hỏi độ chính xác và ổn định trong việc truyền tín hiệu qua khoảng cách xa.

Cấu Tạo Của SerDes IP

SerDes IP là sự kết hợp giữa hai miền thiết kế: analog và digital.

Phần lớn các khối quan trọng trong SerDes, như PLL (Phase-Locked Loop), Clock and Data Recovery (CDR), và các bộ khuếch đại vi sai, thuộc về miền analog. Những khối này chịu trách nhiệm quản lý tín hiệu, đảm bảo đồng bộ dữ liệu, và duy trì chất lượng tín hiệu trong các điều kiện nhiễu, biến thiên nhiệt độ, và quá trình sản xuất không hoàn hảo. Do đó, có thể nói phần analog đóng vai trò quan trọng nhất của SerDes, quyết định hiệu suất và độ tin cậy của toàn hệ thống.

Tuy nhiên, để hoàn thiện chức năng, SerDes còn bao gồm các thành phần digital như mã hóa/giải mã, chuyển đổi dữ liệu song song-nối tiếp (và ngược lại), cũng như hệ thống logic điều khiển. Những khối digital này đảm bảo tín hiệu được xử lý đúng định dạng, khung dữ liệu được đồng bộ, và hỗ trợ các giao thức truyền dẫn. Chính sự phối hợp giữa analog và digital trong một thiết kế SerDes đã khiến nó trở thành một dạng mixed-signal IP, với yêu cầu kỹ thuật rất cao và phức tạp khi mà tốc độ truyền dẫn ngày nay ngày càng tăng lên.