超完整高速总线接口PCI E、SATA、以太网、MIPI、USB、HDMI 总结

小夏 数码 更新 2024-02-03

1.pci-e

PCI-E总线简介

PCI-E(PCI-Express)是Intel倡导和推广的通用总线规范,其最终设计是取代现有计算机系统内部的总线传输接口,其中不仅包括显示接口,还包括CPU、PCI、HDD、Network等应用接口。

PCI-E使用多对高速差分信号传输数据,数据速率可以是25gbps.第 2 代为 5Gbps,第 3 代为 8Gbps。 根据总线吞吐量带宽,可以选择 x1 x2 x4 x8 x16 x32 模式。 x1 x2 x4 x8 x16 x32 指总线上的车道数,例如,在 X4 模式下,每次发送和接收使用4对高速差分线,在 x16 模式下,每次发送和接收使用16对高速差分线。 由于可以根据传输带宽需求选择系统通道的数量,因此PCI-E的使用非常灵活。 PCI-E总线协议采用类似于TCP IP over Ethernet的分层结构,从下到上分为物理层、数据链路层和事务层。 传输层上方的软件接口兼容传统的PCI PCI-X,因此早期在PCI PCI-X接口上开发的程序可以移植到PCI-E接口上,无需过多修改,大大节省了升级成本。

应用场景

由于PCI-E总线的高吞吐率、低实现成本和成熟的技术,它已成为台式机、笔记本电脑、服务器等应用中的标准外设接口,在许多需要高速数据交换的嵌入式应用中越来越受欢迎。

1.南桥和北桥北桥(多集成在CPU内部):挂起高速设备,如显卡、内存 南桥:挂低速设备,如LPC接口、网卡2外设 1)带 PCI-E 接口的外设 2) 其他处理器系统,例如:

1.X1 X2 用于扩展网卡、声卡等低速设备,并更换 PCI 插槽。

2.X4 用于扩展中速设备,例如 RAID 卡,以取代 PCI-X 插槽。

3.x8 x16 用于扩展显卡等高速设备并消除 AGP 插槽。

PCI-E 接口定义在PCI-E总线物理链路的数据路径(通道)中,它由两组差分信号组成,共四条信号线。 其中,发射机的TX分量和接收机的RX分量采用一组差分信号连接,该链路也称为发射机的发射链路,也是接收机的接收链路; 发射机的RX部分使用另一组差分信号连接到接收机的TX部分,该链路也称为发送方的接收链路,也是接收机的发射链路。

PCI-E 链路可以由多个通道组成,目前 PCI-E 链路可以支持 32 个通道,即 1、2、4、8、12、16 和 32 宽的 PCI-E 链路。

除了TX RX数据对外,PCI-E接口还定义了许多辅助信号线,包括PERST信号、RefClk+和RefClk-信号、WAKE信号、SMCLK和SMDAT信号、PRSNT1和PRSNT2信号、JTAG信号等。 2.sata关于SATA在台式机、笔记本电脑和服务器应用中,硬盘是必不可少的存储介质,而硬盘和计算机主板之间的传统连接接口是并行的 ATA 接口。 为了提供更高的传输速度和更方便的连接,串行ATA(SATA)已经取代并行ATA成为硬盘接口的主流。 SATA 用 7 针连接器取代了传统的并行 ATA 的 40 针电缆,使其更容易连接并具有更高的传输速率。 SATA使用两对差分线提供双向数据传输和接收,因此它可以以相对较小的信号摆幅提供更高的传输速率,并且差分线本身具有更好的抗干扰能力和更小的EMI,因此它们可以支持更高的信号传输速率。 SATA总线采用嵌入式时钟频率信号,具有比以往更多的纠错能力,可以检查传输的指令(不仅是数据),发现错误时自动纠正错误,提高数据传输的可靠性。 SATA与前代最明显的区别是,它使用了更细的线缆,有利于机箱内部的空气流通,增加了整个平台的稳定性。 ◆应用场景它主要用于主板与硬盘、光驱等大量存储设备之间的数据传输。

接口定义SATA接口的信号部分由7根电缆组成,其中3根地线可以减弱和消除串口电缆之间的干扰,另外4根信号线成对差分,分别作为发射和接收。

3.ethernet以太网技术简介

以太网广泛应用于PC和数据通信等领域。 自 20 世纪 90 年代引入 10BASE-T 标准以来,现在广泛使用的以太网技术发展非常迅速。 目前普遍采用基于双绞线介质的10M、100M、1000M以太网,10G及更高速率的以太网技术也广泛应用于服务器、数据交换等领域。 10BASE-T、100BASE-TX 和 1000BASE-T 都是使用双绞线介质和 RJ-45 连接器(有时称为水晶头)进行数据传输的以太网标准。

应用场景

以太网。 接口定义(以RJ45为例)。

RJ45连接器上有8个引脚,可以连接4对双绞线。 其中,10base-t和100base-tx只使用两对,一对用于发送,另一对用于接收。 在1000BASE-T标准中,将同时使用四对双绞线,每对双绞线将同时发送和接收数据。

4.mipi关于MIPI

MIPI(Mobile Industry Processor Interface)是由ARM、诺基亚、意法半导体、TI等公司于2003年成立的联盟,旨在对手机内部的接口进行标准化,如摄像头、显示接口、射频基带接口等,从而降低手机设计的复杂度,增加设计灵活性。 MIPI联盟下有不同的工作组,为手机定义了一系列内部接口标准,如摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DIGRF、麦克风扬声器接口Slimbus等。 统一接口标准的好处是,手机厂商可以根据自己的需求灵活地从市场上选择不同的芯片和模块,从而更快、更容易地改变设计和功能。 目前,成熟的MIPI应用包括摄像头的CSI接口、显示器的DSI接口以及基带和无线电之间的DigiRF接口。 UFS、LLI等规范正在逐步制定和完善中。

应用场景用于移动通信的内部接口。

接口定义 (MIPI DSI)。

CSI DSI 的物理层 (PHYer) 由专门的工作组开发,目前的 PHY 标准是 D-PHY。 D-PHY 使用 1 对源同步差分时钟和 1 4 对差分数据线进行数据传输。 数据传输采用DDR方式,即时钟的上下沿有数据传输。 MIPI-DSI接口

5.usbUSB总线简介

USB 是一种外部总线标准,用于调节计算机和外部设备之间的连接和通信。 USB 端口是热插拔的。 USB 端口允许您连接各种外围设备,例如鼠标和键盘。 USB于1994年底由英特尔等公司于1996年推出,并已成功取代了串口和并行端口,成为当今计算机和大量智能设备的必备接口。 USB 系统设备类型包括主机、集线器和设备。 USB 主机负责管理 IO 系统和应用软件、管理外设枚举以及在操作期间初始化特定外设上的操作。 USB 集线器提供扩展的 USB 外设接口,最多可级联 5 级并连接多达 127 个 USB 设备。 USB 设备接受主机发起的操作并发送或接收数据。

USB其总线标准主要有:USB11 - 支持 1.用于低速(半速)。全速时为 5Mbps 和 12Mbps; usb2.0 - 480Mbps 高速; usb3.0 - 支持 5Gbps 超高速。

应用场景USB具有传输速度快、使用方便、热插拔、连接灵活、独立供电等优点,可连接键盘、鼠标、大容量存储设备等多种外围设备,接口也广泛应用于智能手机中。 计算机与其他智能设备之间的交互以及外部数据之间的交互主要基于网络和USB接口。

接口定义

usb 3.原始 USB 2 中为 00 在 4 线(VCC、GND、D、D)的基础上添加 2 对差分线,使 USB 30 接口上共有 8 根电线。 原来的 4 根与原来的 USB 2 完全兼容0 台设备; 另外两对差分线采用全双工模式,一对线负责发送,另一对线负责接收,发送和接收都可以达到5Gbps的数据速率。

6.hdmiHDMI简介

高清接口(HDMI)是一个全数字和声音发送接口,可以发送未压缩的音频和信号。 HDMI可用于机顶盒、PC、PC、电视、游戏机、功放、数字音像电视等设备。 HDMI可以同时发送音频和信号,因为音频和信号使用同一根电缆,大大简化了系统线路的安装难度。

根据HDMI标准的定义,HDMI设备分为源设备、接收设备(接收设备)和有线设备。 源设备是生产HDMI信号输出的设备,如机顶盒、数码相机、电脑、游戏机等; 接收器设备接收并显示 HDMI 信号,例如电视、投影、监视器等。 除此之外,还有一个中继器设备(中继设备),用于接收HDMI信号并重新分配输出,因此中继器设备既有接收器设备的接口,又有源设备的接口。

应用场景HDMI可以同时传输音频和视频信号,可用于机顶盒、**机、个人电脑、电视娱乐仪器、放大器、数字音频和电视。

接口定义在HDMI总线上,主要信号传输是4对差分信号,包括1对差分时钟信号和3对差分数据信号。 通常,时钟线上的时钟频率是数据线上数据传输速率的1 10,例如,每对数据线上的数据速率为1在485Gbps时,时钟线上传输的时钟信号频率为1485mhz。除了***S信号外,HDMI总线上还有一个用于设备插入检测的热插拔(HPD信号热插拔控制),一个用于接收设备EDID信息读数的DDC通道(Display DataChannel),以及一个用于为外设供电的5V信号。

displayportdisplayport介绍

DisplayPort (DP) 是由 PC 和芯片制造商联盟开发并由电子标准协会 (VESA) 标准化的数字接口标准。 该接口免认证和许可费,主要用于源与显示器等设备之间的连接,还支持音频、USB等形式数据的承载。 该接口旨在取代传统的 VGA、DVI 和 FPD-Link (LVDS) 接口。 使用有源或无源适配器时,该接口向后兼容 HDMI 和 DVI 等传统接口。 DisplayPort 可用于同时传输音频和 **,两者可以单独传输,而没有另一个。 DP 接口 (DisplayPort) 不仅支持全高清显示分辨率 (1920 1080),还支持 4K 分辨率 (3840 2160) 和最新的 8K 分辨率 (7680 4320)。 DP接口不仅传输速率高,而且可靠稳定。

DisplayPort接口传输的信号由传输图像的数据通道信号和传输图像相关的状态和控制信息的辅助通道信号组成,包括DisplayPort数据传输的主链路、辅助通道和链路训练。

主链路:主链路是单向、高带宽、低时延的信道,用于传输同步数据流,例如未压缩的**和音频。 辅助通道:辅助通道是用于链路管理和设备控制的半双工双向通道。 应用场景

DisplayPort 是计算机和显示器的首选,HDMI 是家庭娱乐设备的首选; 显示色彩校准:首选DisplayPort,因为HDMI接口的RGB范围会丢失; 多屏扩展:DisplayPort 支持多屏扩展,而 HDMI 仅支持单屏。 接口定义

8.lvdsLVDS简介

LVDS,即低压差分信号,是一种低压差分信号技术接口。 它是一种数字信号传输模式,旨在克服在TTL电平模式下传输宽带和高比特率数据时的高功耗和EMI电磁干扰的缺点。 LVDS输出接口使用非常低的电压摆幅(约350mV)在两条PCB走线或一对平衡电缆上差分传输数据,即低压差分信号传输。 LVDS输出接口可用于使信号在差分PCB线或平衡电缆上以几百Mbit的速率传输,并且由于采用低电压和低电流驱动方式,因此实现了低噪声和低功耗。

LVDS信号传输由差分信号发送器、差分信号互连和差分信号接收器三部分组成。

发送器:将非平衡TTL信号转换为平衡LVDS信号。 有单独的和集成的。

接收器:将平衡LVDS信号转换为具有高输入阻抗的非平衡TTL信号。

互连:包括连接线(电缆或 PCB 走线)、端接匹配电阻器。 根据IEEE规定,电阻为100欧姆。 我们通常选择 100 或 120 欧元。

应用场景

LVDS在需要高信号完整性、低抖动和共图案化的系统中应用越来越广泛。 广泛应用于17英寸及以上的液晶显示器。

接口定义

接口分类:单通道6位LVDS:单通道传输,每原色6位数据,共18位RGB数据; 双通道6位LVDS:双通道传输,每原色6位数据,18位奇数路径数据,18位偶数数据,共36位RGB数据; 单通道8位LVDS:单通道传输,每原色8位数据,共24位RGB数据; 双通道8位LVDS:双通道传输,每原色使用8位数据,奇数路径数据为24位,偶数通道数据为24位,共计48位RGB数据。 单通道 6 位 LVDS

单通道 6 位数据(如果是 6 位 Y3M P,这组红线就没有这组线)有 4 组差分线、3 组信号线和 1 组时钟线。 y0m、y0p、y1m、y1p、y2m、y2p、clkout_m、clkout_p。单个 8 位数据通道有 5 组差分线、4 组信号线和 1 组时钟线。 它们是 y0m、y0p、y1m、y1p、y2m、y2p、clkout m、clkout p。

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