一文詳解8b/10b編碼

1. 什么是8b/10b編碼?

8b/10b最常見的是應(yīng)用于光纖通訊和LVDS信號(hào)的。由于光模塊光模塊只能發(fā)送亮或者不亮，也就是0或者1這兩種狀態(tài)這種單極性碼，那么這會(huì)存在一個(gè)問題，如果傳輸中出現(xiàn)較長(zhǎng)的連0或者連1(例如111111100000000)，那么接收端將沒有辦法正確的采樣識(shí)別信號(hào)，另外還會(huì)由于單極性碼含有直流分量，這種直流成分會(huì)隨數(shù)據(jù)中1和0的隨機(jī)變化也呈現(xiàn)隨機(jī)性，這會(huì)引起接收端的基線漂移導(dǎo)致接收端誤判。LVDS信號(hào)一樣會(huì)存在這個(gè)問題，隨著線路上的信號(hào)頻率越來越高，如果線路上的0和1數(shù)量不均衡(直流不平衡)那么線路上的基電壓會(huì)出現(xiàn)偏移，一樣會(huì)導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤。

總之一句話，8b/10b是為了解決直流平衡而推出的。

8B/10B編碼是加擾二進(jìn)制碼的一種，在此之前這種技術(shù)已得到應(yīng)用，只是沒有像8B10B那么普遍。目前采用8b/10b編碼的串行高速接口總線有IEEE 1394b、SATA、PCI Express、Infini-band、Fiber Channel、RapidIO、USB3.0、MIPI M-phy 等。

將8bit編碼成10bit后，連續(xù)的1或者0不能超過5位，所以10b中0和1的位數(shù)只可能出現(xiàn)3中情況：

? 有5個(gè)0和5個(gè)1

? 有6個(gè)0和4個(gè)1

? 有4個(gè)0和6個(gè)1

**不均等性：**這樣引出了一個(gè)新術(shù)語(yǔ)“不均等性”(Disparity)，就是1的位數(shù)和0的位數(shù)的差值，根據(jù)上面3種情況就有對(duì)應(yīng)的3個(gè)Disparity0、-2、+2。

2. 為什么引入8b/10b編碼?

首先，為什么要編碼?原來的碼型有什么不好的地方嗎?其中最主要的原因用下面這個(gè)圖來進(jìn)行解釋：

大家看明白了吧，由于我們的串行鏈路中會(huì)有交流耦合電容，我們知道理想電容的阻抗公式是Zc=1/2πf*C，因此信號(hào)頻率越高，阻抗越低，反之頻率越低，阻抗越高。因此上面的情況，當(dāng)碼型是高頻的時(shí)候，基本上可以不損耗的傳輸過去，但是當(dāng)碼型為連續(xù)“0”或者“1”的情況時(shí)，電容的損耗就很大，導(dǎo)致幅度不斷降低，帶來的嚴(yán)重后果是無法識(shí)別到底是“1”還是“0”。因此編碼就是為了盡量把低頻的碼型優(yōu)化成較高頻的碼型，從而保證低損耗的傳輸過去。

3. 8b/10b的編碼算法

如上圖，關(guān)于8B/10B編碼算法有下面幾點(diǎn)需要理解：

1， 低5位(ABCDE)中間加一位，進(jìn)行5B/6B編碼，高三位(FGH)中間加一位，進(jìn)行3B/4B編碼;

2， 編碼后的bit僅會(huì)出現(xiàn)這三種情況：5個(gè)“0”與5個(gè)“1”、4個(gè)“0”與6個(gè)“1”、6個(gè)“0”與4個(gè)“1”;

3， 有兩個(gè)術(shù)語(yǔ)要知道：不均等性(disparity)和極性偏差(running disparity，RD)。

不均等性是指編碼后的碼型數(shù)據(jù)是“1”多還是“0”多，如果是“1”多，則極性偏差RD為RD-，如果是“0”多則為RD+。

那定義+/-RD有什么意義呢?+/-RD代表著同一個(gè)碼型的兩種編碼方式。我們本身就是編碼的目標(biāo)就是為了緩解長(zhǎng)“0”或長(zhǎng)“1”的影響，因此在編碼后如果“1”多的話，我們下一次的編碼就要把這種碼型做一個(gè)修正，因此從-RD碼型變成+RD碼型。如果是“0”和“1”一樣多，極性則不用變，如下圖：

4， 我們?cè)趺粗谰幋a后映射成什么碼型呢?因此會(huì)有一個(gè)專門的編碼表，我們只需要在上面找到我們的原始碼型，然后就一目了然了。編碼表如下所示(部分截圖)：

說了那么多，還不如舉個(gè)例子更直觀。

我們以上面的D3.0碼型進(jìn)行仿真驗(yàn)證：

原始的碼型如下：

仿真得到8B/10B編碼后的碼型如下：

對(duì)照上面的編碼表，結(jié)果完全相同，從RD-的模型出發(fā)，編碼后RD-的碼型“1”比較多，因此極性變成RD+的編碼碼型，接著RD+的編碼碼型“0”比較多，極性又變回RD-，因此碼型就是RD-和RD+之間循環(huán)下去。