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JESD204C入門(mén)第2部分:新特性及其內(nèi)容

亞德諾半導(dǎo)體 ? 2019-09-17 20:05 ? 次閱讀

JESD204C入門(mén)第2部分:新特性及其內(nèi)容

Del Jones ADI公司

JESD204C入門(mén)系列的1部分中,通過(guò)描述它解決的一些問(wèn)題,對(duì)JESD204標(biāo)準(zhǔn)的新版本進(jìn)行了說(shuō)明。通過(guò)描述新的術(shù)語(yǔ)和特性來(lái)總結(jié)BC版本標(biāo)準(zhǔn)之間的差異,然后逐層概述這些差異。因?yàn)榈?/span>1部分已經(jīng)奠定了理解基礎(chǔ),現(xiàn)在我們來(lái)進(jìn)一步研究一下JESD204C標(biāo)準(zhǔn)幾個(gè)更值得注意的新特性。

64b/66b64b/80b鏈路層

對(duì)于64b/66b鏈路層,66位數(shù)據(jù)塊由兩個(gè)同步頭位,后接八個(gè)八位位組的樣本數(shù)據(jù)組成,其中部分是基于IEEE 802.349條定義的數(shù)據(jù)塊格式。與IEEE標(biāo)準(zhǔn)不同的是,它沒(méi)有編碼——有效載荷數(shù)據(jù)只是轉(zhuǎn)換器樣本數(shù)據(jù),由傳輸層打包到數(shù)據(jù)幀中。由于沒(méi)有編碼來(lái)確保發(fā)生一定數(shù)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來(lái)提供dc平衡,因此必須對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。這些加擾的八位位組的幀數(shù)據(jù)被直接放入鏈路層,兩個(gè)同步頭位附加在其中。

64b/66b數(shù)據(jù)塊的格式如圖1所示。該示例展示了這樣的情況:一個(gè)數(shù)據(jù)通道由幀組成,每個(gè)幀包含來(lái)自一個(gè)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)樣本。塊映射規(guī)則與來(lái)自JESD204B標(biāo)準(zhǔn)的幀映射規(guī)則非常相似。按順序完成八位位組到64位數(shù)據(jù)塊的映射,其中D0表示幀的第一個(gè)八位位組。例如,如果F = 8,D0表示JESD204C幀的第一個(gè)八位位組,D7表示JESD204C幀的最后一個(gè)八位位組。該幀的第一個(gè)八位位組的MSBConverter0Sample0MSB(與JESD204B一樣)。例如,如果F = 2,D0D1代表第一個(gè)幀,D2D3代表第二個(gè)幀,以此類(lèi)推。

為了與JESD204B中使用的方法保持一致,多塊中的八位位組按MSBLSB的順序被轉(zhuǎn)移到加擾器/解擾器中。

E = 1的情況中,每個(gè)多塊都從幀邊界開(kāi)始。如果E > 1,擴(kuò)展多塊將從(必須從)幀邊界開(kāi)始。有關(guān)更多信息,請(qǐng)參考多塊(MB)和擴(kuò)展多塊(EMB)章節(jié)。

image.png

1.64b/66b數(shù)據(jù)塊格式示例,LMFS = 1.1.2.1,N = N’ = 16

同步頭是一個(gè)2位未加擾值,位于每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始位置,其內(nèi)容經(jīng)過(guò)解析之后,用于解碼單個(gè)同步轉(zhuǎn)換位。這些位要么采用0-1序列,表示邏輯1,要么采用1-0序列,表示邏輯0。表1列舉了同步頭的轉(zhuǎn)換位值。

1.同步頭位值

同步頭位(0.1)

同步轉(zhuǎn)換位

00

無(wú)效

01

1

10

0

11

無(wú)效

64b/80b數(shù)據(jù)塊的格式如圖2所示。除了樣本數(shù)據(jù)的八個(gè)八位位組和兩個(gè)同步頭之外,還具有兩個(gè)填充位,位于每個(gè)八位位組之間。填充位的值由17PRBS序列決定,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dc平衡。未加擾的填充位在樣本數(shù)據(jù)加擾之后插入到塊中。


image.png

Figure 2. 64b/80b block format example for LMFS = 1.1.2.1, N = N’ = 16.

2.64b/80b數(shù)據(jù)塊格式示例,LMFS = 1.1.2.1,N = N’ = 16。

提供64b/80b選項(xiàng)是為了與8b/10b保持相同的時(shí)鐘比,幫助簡(jiǎn)化鎖相環(huán)(PLL)設(shè)計(jì),同時(shí)最小化雜散。對(duì)于希望通過(guò)使用前向糾錯(cuò)或利用同步字提供的其他功能的應(yīng)用,相比8b/10b,更應(yīng)該選擇64b/80b,稍后將就這一問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)討論。

多塊(MB)和擴(kuò)展多塊(EMB)

JESD204C多塊中包含32個(gè)塊。每個(gè)多塊中的32個(gè)同步轉(zhuǎn)換位構(gòu)成一個(gè)32位同步字。稍后,我們將就此進(jìn)行詳細(xì)討論。擴(kuò)展多塊是一個(gè)E多塊容器,必須包含整數(shù)數(shù)量的幀。當(dāng)多幀不包含整數(shù)數(shù)量的幀時(shí),要求E > 1。多塊和擴(kuò)展多塊的格式如圖3所示。

多塊可以是2112 (32×66)位,或者是2560 (32×80)位,具體由所用的64位編碼方案決定。對(duì)于大多數(shù)場(chǎng)景,擴(kuò)展多塊只是一個(gè)多塊。JESD204C中引入了E參數(shù),確定了擴(kuò)展多塊中的多塊數(shù)量。E的默認(rèn)值為1。如上所述,當(dāng)幀F中的八位位組的數(shù)量不是2的倍數(shù)時(shí),該配置要求E > 1。E的公式為:E = LCM(F, 256)/256。發(fā)送12位樣本且N’=12時(shí),一般選擇這些配置,以最大化鏈路中的帶寬效率。這一要求確保EMB邊界與幀邊界一致。

4和圖5所示為E > 1JESD204C配置示例。所示的JESD204C配置適用于以下情況:LMFS = 2.8.6.1N’ = 12,E = 3。圖4顯示了傳輸層的映射情況。在這個(gè)配置中,每個(gè)通道有4個(gè)12位樣本,相當(dāng)于6個(gè)八位位組。由于多塊的每個(gè)塊都需要8個(gè)八位位組,因此該塊中填充了來(lái)自后續(xù)幀的2個(gè)八位位組(1.33個(gè)樣本)。

image.png

3.JESD204C多塊和擴(kuò)展多塊的格式。

LMFS = 2.8.6.1

N = 12

N’ = 12

LMFS = 2.8.6.1

N = 12

N’ = 12

2 Lanes

(L = 2)

2個(gè)通道

(L = 2)

8 Converters

(M = 8)

8個(gè)轉(zhuǎn)換器

(M = 8)

1 Sample per

Converter per

Frame (S = 1)

每轉(zhuǎn)換器每幀一個(gè)樣本(S = 1)

12-Bit

Nibble Group

(N’ = 12)

12

半字節(jié)組

(N’ = 12)

6 Octets per

Lane (F = 6)

每通道6個(gè)

八位位組(F = 6)

ADC7

D11…D0

ADC7

D11…D0

Nib. Grp 3

半字節(jié)組3

Cnv7Smpl0

Cnv7Smpl0

Lane1, Octet 5

通道1,八位位組5

1 Frame of Data Has 6 Octets, so 2 More Octets

Needed from Subsequent Frame to Fill the Block

1個(gè)數(shù)據(jù)幀有6個(gè)八位位組,

所以需要從后續(xù)幀獲取2個(gè)八位位組,以填充塊

Scramble

加擾

Serialize/SH Insert

序列化/SH插入

Transport Layer

傳輸層

64b/66b Link Layer

64b/66b鏈路層

image.png

4.傳輸層映射,LMFS = 2.8.6.1,N’ = 12E = 3。

5顯示了如何使用來(lái)自傳輸層的數(shù)據(jù)幀來(lái)形成塊和多塊。如圖所示,可以看到幀邊界與每三個(gè)塊的塊邊界對(duì)齊。由于多塊由32個(gè)塊組成,所以要在第三個(gè)多塊之后才能和多塊對(duì)齊。因此,E = 3

LEMC是擴(kuò)展多塊計(jì)數(shù)器,大致相當(dāng)于8b/10b鏈路層中的LMFC。SYSREF對(duì)系統(tǒng)中的所有LEMC進(jìn)行對(duì)齊,并使用LEMC邊界來(lái)確定同步和通道對(duì)齊。

Scramble

Serialize/SH Insert

加擾

序列化/SH插入

Block 0

SH

Octet0

0

SH

八位位組0

Lane1, Block0 Contain Sample 0 from Converters 7:4, Sample 1 from Converter 4, and Bits 11:8 of Converter 5 Sample 1. These 64 Bits Are Scrambled to Form a Scrambled Block of Data.

通道1、塊0包含來(lái)自轉(zhuǎn)換器7:4的樣本0、來(lái)自轉(zhuǎn)換器4的樣本1,以及來(lái)自轉(zhuǎn)換器5樣本1的位11:8。這些64位都已加擾,以形成加擾數(shù)據(jù)塊。

Lane0, Block0 Contain Sample 0 from Converters 3:0, Sample 1 from Converter 0, and Bits 11:8 of Converter 1 Sample 1. These 64 Bits Are Scrambled to Form a Scrambled Block of Data.

通道0、塊0包含來(lái)自轉(zhuǎn)換器3:0的樣本0、來(lái)自轉(zhuǎn)換器0的樣本1,以及來(lái)自轉(zhuǎn)換器1樣本1的位11:8。這些64位都已加擾,以形成加擾數(shù)據(jù)塊。

Frame 0

0

Block 2

2

Frame Boundaries Align with Block Boundaries on Every Third Block.

幀邊界與每三個(gè)塊的塊邊界對(duì)齊。

Frame 3

3

MB

MB

EMB = 3

EMB = 3

Frame Boundaries Near a Multiblock Boundary Occur at 33 and 63 – Blocks, not Aligned.

多塊邊界附近的幀邊界出現(xiàn)在塊3363邊界處,沒(méi)有對(duì)齊。

SERDOUT1±

SERDOUT1±

Multiblock and Frame Alignment Occurs at the End of 96th Block (Block 95) and 128th Frame (Frame 127). So, E = 3.

多塊和幀對(duì)齊出現(xiàn)在第96個(gè)塊(塊95)和第128個(gè)幀(幀127)的末端位置。因此,E = 3。

SERDOUT0±

SERDOUT0±

Frame 127

127

image.png

5.串行輸出多塊/幀對(duì)齊,LMFS = 2.8.6.1,N’ = 12,E = 3

同步字

32位同步字由多塊中32個(gè)塊的每個(gè)同步頭位組成,其中第一個(gè)傳輸?shù)氖俏?/span>0。同步字用于提供通道同步,并使能確定性延遲。此外,它還可以選擇性地提供CRC錯(cuò)誤校驗(yàn)、前向糾錯(cuò),或者提供一個(gè)命令通道,供發(fā)射器與接收器通信。

32位同步字有三種不同的格式選項(xiàng)。在每種情況下,都需要多塊序列的結(jié)束,因?yàn)樗糜讷@得多塊同步和通道對(duì)齊。表2和表3顯示了兩個(gè)最常見(jiàn)用例中可用的不同位字段。

2.CRC-12同步字

同步字位

域名

功能

0

CRC11

12CRC值的位11:9——適用于之前的多塊

1

CRC10

2

CRC9

3

1

始終為1

4

CRC8

12CRC值的位8:6——適用于之前的多塊

5

CRC7

6

CRC6

7

1

始終為1

8

CRC5

12CRC值的位5:3——適用于之前的多塊

9

CRC4

10

CRC3

11

1

始終為1

12

CRC2

12CRC值的位2:0——適用于之前的多塊

13

CRC1

14

CRC0

15

1

始終為1

16

Cmd6

7位命令通道的位7:5

17

Cmd5

18

Cmd4

19

1

始終為1

20

Cmd3

7位命令通道的位4:2

21

Cmd2

22

Cmd1

23

1

始終為1

24

Cmd0

7位命令通道的位0

25

1

始終為1

26

EoEMB

擴(kuò)展多塊結(jié)束位

27

0

多塊結(jié)束導(dǎo)頻信號(hào)

28

0

29

0

30

0

31

1

3.FEC同步字

同步字位

域名

功能

0

FEC[25]

26位前向糾錯(cuò)字的位25:4——適用于之前的多塊

1

FEC[24]

2

FEC[23]

3

FEC[22]

4

FEC[21]

5

FEC[20]

6

FEC[19]

7

FEC[18]

8

FEC[17]

9

FEC[16]

10

FEC[15]

11

FEC[14]

12

FEC[13]

13

FEC[12]

14

FEC[11]

15

FEC[10]

16

FEC[9]

17

FEC[8]

18

FEC[7]

19

FEC[6]

20

FEC[5]

21

FEC[4]

22

EoEMB

擴(kuò)展多塊結(jié)束位

23

FEC[3]

26位前向糾錯(cuò)字的位3:0——適用于之前的多塊

24

FEC[2]

25

FEC[1]

26

FEC[0]

27

0

多塊結(jié)束導(dǎo)頻信號(hào)

28

0

29

0

30

0

31

1

64b/66b鏈路操作

當(dāng)使用64b/66b鏈路層時(shí),鏈路的建立過(guò)程從同步頭對(duì)齊開(kāi)始,然后是擴(kuò)展多塊同步,最后是擴(kuò)展多塊對(duì)齊。

同步頭對(duì)齊

同步頭中的同步轉(zhuǎn)換位確保在每個(gè)塊邊界(66位)都有一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。JESD204C接收器中的狀態(tài)機(jī)檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,在66位后再查找另一個(gè)轉(zhuǎn)換。如果狀態(tài)機(jī)檢測(cè)到64個(gè)連續(xù)以66位間隔進(jìn)行的位轉(zhuǎn)換,則會(huì)實(shí)現(xiàn)同步頭鎖定(SH_lock)。如果沒(méi)有檢測(cè)64個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)換,則重新啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)。

image.png

6.JESD204C擴(kuò)展多塊(通道)對(duì)齊。

擴(kuò)展多塊同步

一旦實(shí)現(xiàn)同步頭對(duì)齊,接收器就會(huì)在轉(zhuǎn)換位中查找擴(kuò)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(shí)間發(fā)生。一旦確定EoEMB,狀態(tài)機(jī)將檢查每32個(gè)同步字,以確保存在多塊結(jié)束導(dǎo)頻信號(hào)(00001)。如果E = 1EoEMB位也會(huì)存在導(dǎo)頻信號(hào)。如果E > 1,那么每個(gè)E × 32轉(zhuǎn)換位,導(dǎo)頻信號(hào)都將包含EoEMB位。一旦檢測(cè)到四個(gè)連續(xù)的有效序列,就可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展多塊結(jié)束鎖定(EMB_LOCK)。繼續(xù)監(jiān)測(cè)每個(gè)E × 32轉(zhuǎn)換位,如果沒(méi)有檢測(cè)到有效的序列并重置對(duì)齊過(guò)程,則EMB_LOCK丟失。

擴(kuò)展多塊(通道)對(duì)齊

使用64b/66b鏈路層時(shí)的通道對(duì)齊與使用8b/10b鏈路層時(shí)的通道對(duì)齊非常相似,每個(gè)通道上的JESD204C接收器都使用一個(gè)彈性緩沖區(qū)來(lái)存儲(chǔ)傳入的數(shù)據(jù)。這被稱(chēng)為擴(kuò)展多塊對(duì)齊,緩沖區(qū)開(kāi)始在EoEMB邊界(而不是在使用8b/10b鏈路層時(shí)ILAS期間的/K//R/邊界)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。圖6說(shuō)明了如何實(shí)現(xiàn)通道對(duì)齊。每個(gè)通道的接收緩沖區(qū)在接收到EoEMB的最后一位之后開(kāi)始緩沖數(shù)據(jù)(最后一個(gè)接收通道除外)。接收到最后一個(gè)接收通道的EoEMB之后,會(huì)觸發(fā)釋放所有通道的接收緩沖區(qū),所以現(xiàn)在所有通道都是對(duì)齊的。

錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)和前向糾錯(cuò)

JESD204C同步字選項(xiàng)讓用戶(hù)能夠監(jiān)測(cè)或糾正JESD204數(shù)據(jù)傳輸中可能發(fā)生的錯(cuò)誤。糾錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致額外的系統(tǒng)延遲。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,使用CRC-12同步字進(jìn)行錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)是可行的,因?yàn)樗峁┝舜笥?/span>1 × 10-15的誤碼率(BER)。

JESD204C發(fā)射器中的CRC-12編碼器接收每個(gè)多塊的加擾數(shù)據(jù)位,并計(jì)算12個(gè)奇偶校驗(yàn)位。這些奇偶校驗(yàn)位在隨后的多塊中傳輸?shù)浇邮掌?。接收器同樣將從接收到的每個(gè)數(shù)據(jù)多塊中計(jì)算12個(gè)奇偶校驗(yàn)位,并與同步字中接收到的位進(jìn)行對(duì)比。如果所有奇偶校驗(yàn)位都不匹配,則接收到的數(shù)據(jù)中至少存在一個(gè)錯(cuò)誤,可以觸發(fā)錯(cuò)誤標(biāo)志。

對(duì)于對(duì)額外延遲不敏感但對(duì)錯(cuò)誤敏感的應(yīng)用(例如測(cè)試和測(cè)量設(shè)備),使用FEC可以得到優(yōu)于10 × 10-24的誤碼率。JESD204C發(fā)射器中FEC電路計(jì)算多塊中已加擾數(shù)據(jù)位的FEC奇偶校驗(yàn)位,并在下一個(gè)多塊的同步頭位流上對(duì)這些奇偶校驗(yàn)位編碼。接收器計(jì)算接收位的校驗(yàn)子,本地生成的奇偶校驗(yàn)位和接收到的奇偶校驗(yàn)位之間的差異就在于此。如果校驗(yàn)子為0,則假定接收到的數(shù)據(jù)位正確。如果校驗(yàn)子非0,則可以用它來(lái)確定最可能的錯(cuò)誤。

FEC奇偶校驗(yàn)位的計(jì)算方法與CRC相似。FEC編碼器接收多塊的2048位加擾數(shù)據(jù)位,并添加26位奇偶校驗(yàn)位,以構(gòu)建一個(gè)縮短的二進(jìn)制循環(huán)碼。該碼的發(fā)生器多項(xiàng)式為:

image.png

對(duì)于每個(gè)多塊,這個(gè)多項(xiàng)式可以糾正最多9位突發(fā)錯(cuò)誤。

總結(jié)

為了滿(mǎn)足未來(lái)幾年數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用更快處理數(shù)據(jù)的需求,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必需的通信通道。高達(dá)32 GSPS的通道速率和64b/66b編碼使超高帶寬應(yīng)用能以最小的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)提高系統(tǒng)效率。這些和其他標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)對(duì)于5G通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)應(yīng)用都大有裨益。再加上糾錯(cuò)功能,先進(jìn)的儀器儀表和其他應(yīng)用都能夠無(wú)錯(cuò)運(yùn)行多年。

有關(guān)JESD204及其在ADI公司產(chǎn)品中的實(shí)現(xiàn)的更多信息,請(qǐng)?jiān)L問(wèn)ADIJESD204串行接口頁(yè)面。有關(guān)ADI高速轉(zhuǎn)換器的更多信息,請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的RF轉(zhuǎn)換器頁(yè)面28 nm RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器頁(yè)面。有關(guān)ADI收發(fā)器產(chǎn)品的更多信息,請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的RadioVerse?頁(yè)面

作者簡(jiǎn)介

Del Jones是位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州格林斯博羅的高速轉(zhuǎn)換器團(tuán)隊(duì)的應(yīng)用工程師。他自2000年以來(lái)一直為ADI工作,負(fù)責(zé)支持ADCDAC和串行接口。加入ADI之前,他曾在電信行業(yè)擔(dān)任電路板和FPGA設(shè)計(jì)工程師。Del畢業(yè)于德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校,獲電氣工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式:del.jones@analog.com。


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