什么是PRBS？基于PRBS的10G-SFP+光模塊PCB通道仿真模型

之前一直在講高速串行的協(xié)議，MAC，PHY，PMD層，PMA層嗎，PCS層。。?？创蠹一卮鸬臄盗恳膊皇呛芏啵跞醯膯栆痪浯蠹叶枷藛?？的確，講到各個層的功能，數據在芯片內部如何去運作協(xié)調這方面的確有點高深。其實坦白說哈，作為同組的一員，我也對上面的文章和劉工深感佩服（點贊點贊）。既然上層的東西不那么好理解的話，我們還是說回點接地氣的吧。我們知道，無論上層如何運作，最終還是要去到物理層上面去，最終我們的數據就在上面?zhèn)鬏?，而傳輸的方式就是各種不同速率的碼型。從本期開始，我們將介紹下關于碼型的一些東西。

PRBS：Pseudo-Random Binary Sequence，中文翻譯叫做偽隨機二進制序列，江湖人簡稱它為偽隨機碼。做過測試的朋友們都應該特別熟悉，就是使用PRBS這種偽隨機碼進行高速串行通道的測試，主要是測試誤碼率的情況，例如我們常用的一些協(xié)議，PCIE，USB，以太網或者下圖的光模塊的測試等等……

當然我們信號高速串行信號仿真的時候，也會有各種prbs碼型進行，一個10G-SFP+光模塊PCB通道的仿真模型如下：

為什么業(yè)界公認選擇這種prbs碼型進行測試（仿真）呢？主要原因是這種碼型與真實鏈路的數據傳輸情況非常接近。因為在真實情況中，所以的數據組合都是隨機出現的，沒有任何規(guī)律可言。 而PRBS 的碼流在很大程度上具有這種“隨機數據”的特性，“0”和“1”隨機出現，這種碼流的頻譜特征和白噪聲非常接近，所謂“白噪聲”就是在一個比較寬的頻域里功率密度譜均勻分布，也就是所有的頻率都具有相同的能量，因此該碼型能夠模擬各種不同頻率數據組成的情況，使測試更符合真實的情況。

那prbs這種隨機碼真的就是沒有任何規(guī)律的嗎？？當然不是，不然的話為什么還要分prbs1-31那么多種呢。之所以要叫偽隨機碼，其實就是碼流在周期內部是隨機的，但是在各個周期里面又是完全相同的。咋一看，好像說了等于沒有，大家可能有疑問，在周期內部是隨機的，那不還是隨機嘛？其實這個隨機是要打個問號的，正確來說是“有順序的隨機”。所謂順序就是通過不同階數的prbs碼來體現，例如，我們常用的有階數7、9、11、15、20、23、31，也就是我們常說的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。

前面說了，不同的階數會有不同的碼型，那它們之間有什么規(guī)律呢？不同階數是怎樣生成碼型的呢？我們以PRBS3進行說明。

PRBS碼型是由PRBS碼型發(fā)生器產生的，下面是一個簡單發(fā)生器的示意圖：

架構很簡單，就由兩部分組成：移位寄存器和異或運算器。首先移位寄存器，顧名思義作用就是移位，1個bit發(fā)送后，把下一個bit推向前準備發(fā)送；異或運算，簡單點說就是兩個不一樣就是“1”，兩個一樣就是“0”，因此有“1”和“1”是0，“0”和“0”是0，“1”和“0”是1。那像上面這個PRBS3發(fā)生器，進行異或的位是第二位和第三位，因此用一個多項式命名它，叫做1+X2+X3。

這樣我們可以開始進行計算了。首先我們有一個初始狀態(tài)“111”。我們就有了下面這么一個計算過程（畫得不好，大家看內容就好）。簡單說明一下，紅色為異或運算過程，藍色為每次移位后的bit，綠色為輸出的數據bit，紫色說明繞一圈之后又回到了原先，循環(huán)了一次。

經過本文之后，大家是不是對感覺很高深神秘的prbs碼型有了更接地氣的認識和理解了呢？

編輯：hfy