JESD204C入門：新增功能應(yīng)用

在JESD204C入門系列的第1部分中，新版本的JESD204標(biāo)準(zhǔn)通過描述它解決的一些問題來證明其合理性。通過描述新的術(shù)語和功能來總結(jié)該標(biāo)準(zhǔn)的B版和C版之間的差異，然后逐層概述這些差異。由于第1部分奠定了合適的基礎(chǔ)，讓我們仔細看看JESD204C標(biāo)準(zhǔn)的一些更值得注意的新功能。

64b/66b 和 64b/80b 鏈路層

對于 64b/66b 鏈路層，66 位數(shù)據(jù)塊是兩個同步標(biāo)頭位，后跟八個八位字節(jié)的示例數(shù)據(jù)，部分基于 IEEE 802.3 條款 49 中定義的塊格式。與IEEE標(biāo)準(zhǔn)不同，沒有編碼 - 有效載荷數(shù)據(jù)只是傳輸層打包到數(shù)據(jù)幀中的轉(zhuǎn)換器樣本數(shù)據(jù)。由于沒有編碼來確保發(fā)生一定數(shù)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以提供直流平衡，因此必須對樣本數(shù)據(jù)進行加擾。這些加擾的幀數(shù)據(jù)八位字節(jié)直接放入鏈路層，并附加兩個同步標(biāo)頭位。

64b/66b 塊格式如圖 1 所示。該示例顯示了一條數(shù)據(jù)通道由幀組成的情況，該幀包含一個轉(zhuǎn)換器的每個幀包含一個樣本。塊映射規(guī)則與JESD204B標(biāo)準(zhǔn)中的幀映射規(guī)則非常相似。將八位字節(jié)映射到 64 位塊是按順序完成的，D0 表示幀的第一個八位字節(jié)。例如，如果F = 8，則D0表示JESD204C幀的第一個八位字節(jié)，D7表示JESD204C幀的最后一個八位字節(jié)。幀的第一個八位字節(jié)是八位字節(jié)，其MSB是轉(zhuǎn)換器0的Sample0的MSB（與JESD204B相同）。例如，如果 F = 2，則 D0 和 D1 表示第一幀，D2 和 D3 表示第二幀，依此類推。

為了與JESD204B中使用的方法保持一致，多模塊內(nèi)的八位字節(jié)按MSB到LSB的順序移入擾頻器/解擾器。

對于 E 為 1 的情況，每個多塊都從幀邊界開始。如果 E > 1，則擴展多塊將（并且必須?。膸吔玳_始。多塊 （MB） 和擴展多塊 （EMB） 部分對此進行了詳細介紹。

圖1.LMFS = 1.1.2.1， N = N' = 16 的 64b/66b 塊格式示例。

sync 標(biāo)頭是每個塊開頭的 2 位未加擾值，其內(nèi)容被解釋為解碼單個同步轉(zhuǎn)換位。這些位必須是指示邏輯 1 的 0-1 序列或指示邏輯 0 的 1-0 序列。表 1 枚舉了同步標(biāo)頭同步轉(zhuǎn)換位值。

64b/80b 塊格式如圖 2 所示。除了示例數(shù)據(jù)的八個八位字節(jié)和兩個同步標(biāo)頭位外，每個八位字節(jié)之間還放置了兩個填充位。填充位的值由17位PRBS序列確定，以減少雜散并確保適當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以保持直流平衡。在對樣本數(shù)據(jù)進行加擾后，將未加擾的填充位插入到塊中。

圖2.LMFS = 1.1.2.1， N = N' = 16 的 64b/80b 塊格式示例。

提供 64b/80b 選項以保持與 8b/10b 相同的時鐘比，這有助于簡化鎖相環(huán) （PLL） 設(shè)計，同時最大限度地減少雜散。在希望使用前向糾錯或利用同步字提供的其他功能的應(yīng)用中，此方案將優(yōu)于 8b/10b，這將在稍后討論。

多塊 （MB） 和擴展多塊 （EMB）

JESD204C多模塊中有32個模塊。每個多塊中的 32 個同步轉(zhuǎn)換位構(gòu)成一個 32 位同步字。這些將在后面更詳細地討論。擴展多塊是 E 多塊的容器，必須包含整數(shù)幀數(shù)。 當(dāng)多幀不包含整數(shù)幀數(shù)時，需要 E > 1。多塊和擴展多塊的格式如圖 3 所示。

圖3.JESD204C多塊和擴展多塊格式。

多塊為 2112 （32×66） 或 2560 （32×80） 位，具體取決于使用的 64 位編碼方案。對于大多數(shù)實現(xiàn)和配置，擴展多塊將只是一個多塊。EE參數(shù)在JESD204C中引入，用于確定擴展多塊中的多塊數(shù)。E 的默認(rèn)值為 1。如上所述，幀中的八位字節(jié)數(shù) F 不是 2 的冪的配置需要 E > 1。E 的等式為：E = LCM（F， 256）/256。在傳輸 12 位樣本時，這些配置通常是首選，N' 設(shè)置為 12，以最大限度地提高鏈路中的帶寬效率。此要求可確保 EMB 邊界與幀邊界重合。

圖4和圖5顯示了JESD204C配置的示例，其中E>1。所示的JESD204C配置適用于LMFS = 2.8.6.1、N' = 12和E = 3的情況。圖 4 顯示了傳輸層映射。在此配置中，每個通道有四個 12 位采樣，轉(zhuǎn)換為六個八位組。由于多塊的每個塊需要八個八位字節(jié)，因此該塊由后續(xù)幀中的兩個八位字節(jié)（1.33 個樣本）填充。

圖4.LMFS 的傳輸層映射 = 2.8.6.1， N' = 12， E = 3。

圖 5 顯示了如何使用來自傳輸層的數(shù)據(jù)幀形成塊和多塊。如圖所示，您可以看到幀邊界與每三個塊上的塊邊界對齊。由于多塊由 32 個塊組成，因此在第三個多塊之后才能實現(xiàn)幀與多塊的對齊。因此，E = 3。

圖5.LMFS = 2.8.6.1、N' = 12、E = 3 的串行器輸出多塊/幀對齊。

LEMC 是擴展的多塊計數(shù)器，大致相當(dāng)于 8b/10b 鏈路層中的 LMFC。SYSREF 對齊系統(tǒng)中的所有 LEMC，LEMC 邊界用于確定同步和通道對齊。

同步字

32 位同步字由多塊中 32 個塊的每個示例標(biāo)頭組成，其中首先傳輸位 0。同步字用于提供通道同步并啟用確定性延遲。此外，它還可以選擇提供CRC糾錯、前向糾錯，或為發(fā)射器提供與接收器通信的命令通道。

32 位同步字有三種不同的格式選項。在每種情況下，都需要多塊結(jié)束序列，因為它用于獲取多塊同步和通道對齊。表 2 和表 3 顯示了兩種最常見用例中可用的不同位字段。

64b/66b 鏈路操作

使用 64b/66b 鏈路層時的鏈路建立過程從同步標(biāo)頭對齊開始，然后發(fā)展到擴展多塊同步，最后到擴展多塊對齊。

同步標(biāo)頭對齊

同步標(biāo)頭中的同步轉(zhuǎn)換位可確保在每個塊邊界（66 位）處都有一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。JESD204C接收器中的狀態(tài)機檢測到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后在66位后查找另一個轉(zhuǎn)換。如果狀態(tài)機以 66 位間隔連續(xù) 64 個塊檢測到位轉(zhuǎn)換，則可實現(xiàn)同步標(biāo)頭鎖定 （SH_lock）。如果未檢測到 64 個連續(xù)轉(zhuǎn)換，則重新啟動計算機。

擴展多塊同步

一旦實現(xiàn)同步接頭對齊，接收器就會在轉(zhuǎn)換位中查找擴展多塊結(jié)束（EoEMB）序列（100001）。同步字的結(jié)構(gòu)確保此序列只能在適當(dāng)?shù)臅r間發(fā)生。一旦識別出 EoEMB，狀態(tài)機每 32 次檢查一次德·同步字，以確保存在多塊結(jié)束導(dǎo)頻信號 （00001）。如果E = 1，則EoEMB位也將與導(dǎo)頻信號一起存在。如果 E > 1，則每 E × 32 個轉(zhuǎn)換位，導(dǎo)頻信號將包含 EoEMB 位。一旦檢測到四個連續(xù)的有效序列，就可以實現(xiàn)擴展多塊鎖定（EMB_LOCK）結(jié)束。繼續(xù)監(jiān)視每個 E × 32 轉(zhuǎn)換位，如果未檢測到有效序列并重置對齊過程，則EMB_LOCK將丟失。

擴展多塊（通道）對齊

使用64b/66b鏈路層時的通道對齊與使用8b/10b鏈路層時非常相似，因為每個通道上的JESD204C接收器中都使用彈性緩沖區(qū)來存儲傳入數(shù)據(jù)。這稱為擴展多塊對齊，緩沖區(qū)開始在 EoEMB 邊界存儲數(shù)據(jù)（而不是使用 8b/10b 鏈路層時在 ILAS 期間的 /K/ 到 /R/ 邊界）。圖 6 說明了如何實現(xiàn)車道對齊。一旦收到 EoEMB 的最后一位，每個通道的接收緩沖區(qū)就會開始緩沖數(shù)據(jù)，最后一個到達通道除外。當(dāng)收到最后一個到達通道的 EoEMB 時，它會觸發(fā)釋放所有通道的接收緩沖區(qū)，以便所有通道現(xiàn)在都對齊。

圖6.JESD204C 擴展多塊（通道）對齊。

錯誤監(jiān)控和前向糾錯

JESD204C同步字選項使用戶能夠監(jiān)控或糾正JESD204數(shù)據(jù)傳輸中可能發(fā)生的錯誤。與糾錯相關(guān)的權(quán)衡是系統(tǒng)中的額外延遲。對于大多數(shù)應(yīng)用，使用 CRC-12 同步字進行錯誤監(jiān)控是合適的，因為它提供的誤碼率 （BER） 大于 1 × 10–15.

JESD204C發(fā)送器中的CRC-12編碼器接收每個多塊的加擾數(shù)據(jù)位，并計算12個奇偶校驗位。這些奇偶校驗位在隨后的多塊期間傳輸?shù)浇邮掌?。接收器同樣將從它接收的每個多塊數(shù)據(jù)中計算 12 個奇偶校驗位，并將這些位與同步字中接收的位進行比較。如果所有奇偶校驗位都不匹配，則接收的數(shù)據(jù)中至少存在一個錯誤，并且可以引發(fā)錯誤標(biāo)志。

對于對增加的延遲不敏感的錯誤敏感型應(yīng)用（如測試和測量設(shè)備），使用 FEC 可能會導(dǎo)致 BER 優(yōu)于 10 × 10–24.JESD204C發(fā)送器中的FEC電路計算多塊中加擾數(shù)據(jù)位的FEC奇偶校驗位，并在下一個多塊的同步標(biāo)頭流上對這些奇偶校驗位進行編碼。接收器計算接收位的綜合征，即本地生成的奇偶校驗和接收的奇偶校驗之間的差異。如果綜合征為零，則假定接收的數(shù)據(jù)位是正確的。如果綜合征不為零，則可用于確定最可能的錯誤。

FEC 奇偶校驗位的計算方式與 CRC 類似。FEC 編碼器接收多塊的 2048 個加擾數(shù)據(jù)位，并添加 26 個奇偶校驗位以構(gòu)建縮短的二進制循環(huán)碼。此代碼的生成器多項式為：

該多項式可以糾正每個多塊最多 9 位突發(fā)錯誤。

結(jié)語

為了滿足未來幾年數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的更快數(shù)據(jù)處理需求，JESD204C將多千兆位接口定義為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和邏輯器件之間的必要通信通道。高達 32 GSPS 通道速率和 64b/66b 編碼，能夠以最小的開銷實現(xiàn)超高帶寬應(yīng)用，從而提高系統(tǒng)效率。5G通信、雷達和電子戰(zhàn)應(yīng)用都將受益于該標(biāo)準(zhǔn)的這些和其他改進。通過增加糾錯功能，尖端儀器和其他應(yīng)用可以依靠多年無差錯運行。

審核編輯：郭婷