但在信號(hào)完整性上，USB4對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更大挑戰(zhàn)。能否以比較便宜的板材，實(shí)現(xiàn)USB4傳輸速度，成為USB4普及初期所面臨的考驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）對(duì)顯示技術(shù)的要求有多高？在硅谷數(shù)模半導(dǎo)體有限公司全球總部啟動(dòng)儀式暨IC高速連接及顯示技術(shù)研討會(huì)上，小派科技首席執(zhí)行官翁志彬表示，要做到清晰不眩暈，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品至少要支持4K畫質(zhì)，所以對(duì)分辨率與刷新率的要求都極高，“現(xiàn)在的VR設(shè)備，PPI要支持1000以上，刷新率要到144Hz以上，以后的要求還會(huì)更高?！?

高分辨率與高刷新率都對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)帶寬提出了更高要求。為滿足不同顯示設(shè)備的需求，行業(yè)里存在多種總線標(biāo)準(zhǔn)，如DisplayPort、HDMI、MIPI等，這些總線大都采用高速串行總線（SERDES）技術(shù)，近年來(lái)以SERDES為代表的高速I/O技術(shù)發(fā)展很快。是德科技資深技術(shù)顧問(wèn)李凱表示，高速I/O總線的發(fā)展趨勢(shì)有三點(diǎn)，即更高速率、更多通道、更復(fù)雜，從速度來(lái)看，大約每四五年翻一倍。2019年前后，USB4、PCIe5.0等高速I/O技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)密集更新，這意味著，高速I/O接口速度將從單通道10Gbps以內(nèi)，跳到單通道10Gbps以上。

以USB4為例，作為USB標(biāo)準(zhǔn)組織USB-IF在2019年8月底推出的新一代USB技術(shù)規(guī)范，USB4最高支持40Gbps傳輸速率，該速率可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)4K顯示器。USB4支持多種數(shù)據(jù)和顯示協(xié)議（DisplayPort、PCIe等），可以有效共享最大帶寬。此外，USB4還向后兼容 USB 3.2，USB 2.0 ，并支持Thunderbolt 3。用睿思科技現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用總監(jiān)David Lee的話說(shuō)就是，在USB4時(shí)代，USB已經(jīng)不只是傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，而是打通了一條全新的高速公路，無(wú)論是音視頻，還是其他格式的數(shù)據(jù)，都可以在這條路上走，“在物理層都用SERDES，USB4有望一統(tǒng)天下”。

USB4協(xié)議進(jìn)一步降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，只需要USB C口連接，就可以實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)幾乎全部的對(duì)外接口功能，大大降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。但這是以增加芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度為代價(jià)而得到的，要支持USB4標(biāo)準(zhǔn)，芯片必然需要更復(fù)雜的信號(hào)調(diào)制機(jī)制，更復(fù)雜的預(yù)加重處理方法，也更難實(shí)現(xiàn)性能、功耗與成本的平衡。

但在信號(hào)完整性上，USB4對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更大挑戰(zhàn)。能否以比較便宜的板材，實(shí)現(xiàn)USB4傳輸速度，成為USB4普及初期所面臨的考驗(yàn)。

硅谷數(shù)模資深營(yíng)銷經(jīng)理Joseph Juan曾撰文指出，高速信號(hào)在通過(guò)電纜或PCB傳輸時(shí)，衰減現(xiàn)象很嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致信號(hào)畸變。長(zhǎng)度為25厘米至30厘米的傳輸線就會(huì)帶來(lái)20dB或以上的通道插入損耗。此外，反射、串?dāng)_、噪聲和散射都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)完整性惡化，如果信號(hào)完整性下降太多，最終將無(wú)法在接收端成功復(fù)原傳輸?shù)男盘?hào)。

在研討會(huì)上，硅谷數(shù)模資深系統(tǒng)總監(jiān)肖勇也舉例說(shuō)明，智能手機(jī)從應(yīng)用處理器到DisplayPort接口的PCB走線只有8到16厘米，但會(huì)給DisplayPort信號(hào)帶來(lái)8到10dB的衰減，這時(shí)候通道速率只能從標(biāo)準(zhǔn)的8.1Gbps降為5.4Gbps，才能進(jìn)行正確傳輸。

為減輕信號(hào)質(zhì)量衰減，須在高速串行鏈路加入中繼器，以恢復(fù)被損耗的信號(hào)質(zhì)量，濾除隨機(jī)噪聲和系統(tǒng)噪聲，使中繼器后輸出的信號(hào)滿足規(guī)范要求。目前有兩種類型的中繼器，即時(shí)鐘重建中繼器（Retimer）與驅(qū)動(dòng)重建中繼器（Redriver）。時(shí)鐘重建中繼器既對(duì)來(lái)自上游的信號(hào)進(jìn)行均衡以彌補(bǔ)傳輸線損耗，又利用時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）電路來(lái)恢復(fù)時(shí)鐘，并以此來(lái)對(duì)每一位數(shù)據(jù)進(jìn)行重整，最終將信號(hào)質(zhì)量恢復(fù)的信號(hào)，傳送至下游信道。驅(qū)動(dòng)重建中繼器只對(duì)上游信號(hào)進(jìn)行均衡，并不包含CDR電路，所以不會(huì)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)與數(shù)據(jù)重整。

肖勇表示，相比Redriver，Retimer具有明顯優(yōu)勢(shì)，例如自適應(yīng)均衡、CDR與信號(hào)重整，可濾除隨機(jī)抖動(dòng)，可恢復(fù)整條鏈路損耗預(yù)算，在不影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的前提下可操作性最強(qiáng)，以及低功耗等。

在一個(gè)USB C線纜連接的案例中，假設(shè)其系統(tǒng)損耗預(yù)算為23dB，如果不加時(shí)鐘重建中繼器，那么一根80厘米的USB C線纜即有可能讓系統(tǒng)損耗超過(guò)23dB。而加入時(shí)鐘重建中繼器，則可在全鏈路基本維持23dB的損耗裕量。

上述案例雖然是在USB 3.2或DisplayPort連接的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，但對(duì)USB4系統(tǒng)，原理是一樣的。所以，在信號(hào)通道中部署時(shí)鐘重建中繼器，可以突破板級(jí)連接對(duì)高速串行總線的性能限制，在減少板級(jí)設(shè)計(jì)難度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高速串行連接新規(guī)格所標(biāo)稱的性能。