随着网络通信技术和集成电路制造工艺水平的不断提高,系统间的信息交换变大。传统的并行传输接口技术传输数据时,具有抗干扰能力弱、时钟偏斜大和传输距离短等缺点,导致传输接口成为限制数据传输速率的瓶颈。为了满足日益增长带宽的需求,高速串行接口SerDes逐渐取代传统的并行接口,成为了高速接口的主流技术。SerDes通常采用差分的传输方式,差分传输方式具有抗干扰能力强和传输距离远的优点。SerDes作为主流串行传输技术,在高速串行通信领域的物理层得到广泛应用。本文设计的SerDes接口电路用于一款千兆以太网物理层网卡芯片中,在GMII到1000BASE-X模式下完成数据的发送和接收。通过对SerDes系统结构的研究,基于0.13μm CMOS工艺对SerDes电路进行设计。首先,本文对SerDes发送端整体架构进行研究,对整个发送端关键模块进行设计与仿真,如8B/10B编码模块、并串转换模块等。为了解决数据在光纤通道传输过程中基线漂移和码流不平衡的问题,物理编码层采用了8B/10B编码。通过对8B/10B编码规则和内在相关性的研究与分析,结合查表法和逻辑表达式法设计了8B/10B编码电路,该编码电路简化了8B/10B码表并提高了编码速度。采用多相位时钟型和树型的混合结构设计了并串转换电路,实现了10b并行数据的并串转换。通过仿真工具对设计的编码电路和并串转换电路进行仿真,仿真结果表明所设计的电路功能正常。其次,本文对SerDes接收端整体架构进行研究,对整个接收端关键模块进行设计与仿真,如时钟数据恢复模块、串并转换模块和8B/10B解码模块等。基于传统双环路CDR结构,设计了一种基于相位插值器1/4速率的时钟数据恢复电路,与传统的结构相比,恢复出的时钟和数据抖动低,电路的响应速度快。CDR电路恢复出的时钟和数据的抖动的峰峰值分别为0.013UI和0.016UI。基于1/4速率鉴相的工作原理,利用串并转换电路对恢复出的4路数据信号进行串并转换处理,完成高速串行数据到并行数据的转换。将并行的10b数据通过8B/10B解码器进行解码,本文通过引入中间变量优化解码电路和极性错误检测电路,采用组合逻辑法设计了一种带有查错功能的8B/10B解码电路。相较于经典的IBM解码器,8B/10B解码器的设计减少了逻辑层数、提高解码速度以及降低芯片面积。并利用仿真工具对设计的时钟数据恢复电路、串并转换电路和8B/10B解码电路进行仿真验证,仿真结果表明所设计的电路功能正常。最后,在SerDes电路设计完成后,完成SerDes的版图设计并对流片后的芯片进行板级测试。SerDes版图面积为654×477μm~2,通过测试平台对芯片进行板级测试,测试结果表明,集成在千兆以太网物理层网卡芯片中SerDes电路的数据收发功能正常,数据传输速率达到1.25 Gbps,全双工模式下,总功耗为97.5 m W。利用示波器测试出发送端和接收端数据的眼图,发送端和接收端数据总抖动TJ分别为142.6 ps和225.7 ps。