JESD204C標準的新特性和問題解決方案

在JESD204C 入門系列的第 1 部分中，新版本的 JESD204 標準通過描述其解決的一些問題來證明其合理性。B 版和 C 版標準之間的差異通過描述新的術語和特性進行了總結，然后提供了對這些差異的逐層概述。既然第 1 部分奠定了合適的基礎，讓我們仔細看看 JESD204C 標準的一些更顯著的新特性。

64b/66b 和 64b/80b 鏈路層

對于 64b/66b 鏈路層，66 位數(shù)據(jù)塊是兩個同步頭位，后跟八個八位字節(jié)的樣本數(shù)據(jù)，部分基于 IEEE 802.3 第 49 條中定義的塊格式。與 IEEE 標準不同，有無編碼——有效載荷數(shù)據(jù)只是由傳輸層打包成數(shù)據(jù)幀的轉(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。這些加擾的成幀數(shù)據(jù)八位字節(jié)直接放入鏈路層，并附有兩個同步頭位。

64b/66b 塊格式如圖 1 所示。該示例顯示了一個數(shù)據(jù)通道由幀組成的情況，每幀包含一個來自一個轉(zhuǎn)換器的樣本。塊映射規(guī)則與 JESD204B 標準中的幀映射規(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，其中 D0 表示幀的第一個八位字節(jié)。例如，如果 F = 8，則 D0 代表 JESD204C 幀的第一個八位組，D7 代表 JESD204C 幀的最后一個八位組。幀的第一個八位字節(jié)是其 MSB 是 Converter0 的 Sample0 的 MSB 的八位字節(jié)（與 JESD204B 中相同）。例如，如果 F = 2，則 D0 和 D1 表示第一幀，D2 和 D3 表示第二幀，以此類推。

為了與 JESD204B 中使用的方法保持一致，多塊內(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，擴展的多塊將（并且必須?。膸吔玳_始。這在多塊 （MB） 和擴展多塊 （EMB） 部分中有更多介紹。

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

同步標頭是每個塊開頭的 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 列舉了同步標頭同步轉(zhuǎn)換位值。

64b/80b 塊格式如圖 2 所示。除了 8 個八位字節(jié)的樣本數(shù)據(jù)和兩個同步頭位之外，每個八位位組之間還有兩個填充位。填充位的值由 17 位 PRBS 序列確定，以減少雜散并確保適當數(shù)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以保持直流平衡。在樣本數(shù)據(jù)被加擾后，未加擾的填充位被插入到塊中。

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 相同的時鐘比率，這有助于簡化鎖相環(huán) （PLL） 設計，同時還能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用中，該方案優(yōu)于 8b/10b，稍后將對此進行討論。

多塊 （MB） 和擴展多塊 （EMB）

JESD204C 多塊中有 32 個塊。每個多塊中的 32 個同步轉(zhuǎn)換位組成一個 32 位同步字。這些將在后面更詳細地討論。擴展多塊是 E 個多塊的容器，必須包含整數(shù)個幀。當多幀不包含整數(shù)幀時，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。

多塊是 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。E參數(shù)在JESD204C中引入，決定了擴展多塊中的多塊數(shù)量。E 的默認值為 1。如上所述，對于幀中八位字節(jié)數(shù) F 不是 2 的冪的配置，E 》 1 是必需的。E 的等式是：E = LCM（F， 256）/256。當傳輸 12 位樣本并且 N‘ 設置為 12 以最大化鏈路中的帶寬效率時，通常首選這些配置。此要求確保 EMB 邊界與幀邊界重合。

圖 4 和圖 5 顯示了 E 》 1 的 JESD204C 配置示例。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 位樣本，轉(zhuǎn)換為六個八位字節(jié)。由于多塊的每個塊需要八個八位字節(jié)，因此該塊用來自后續(xù)幀的兩個八位位組（1.33 個樣本）填充。

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

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隔三個塊的塊邊界對齊。由于多塊由 32 個塊組成，因此直到第三個多塊之后才能實現(xiàn)與多塊的幀對齊。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 位同步字由多塊內(nèi)的 32 個塊中的每個樣本頭組成，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，它還可以選擇性地提供 CRC 錯誤檢查、前向糾錯，或為發(fā)送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 鏈接操作

使用 64b/66b 鏈路層時的鏈路建立過程從同步頭對齊開始，然后進行到擴展多塊同步，最后到擴展多塊對齊。

同步標頭對齊

同步頭中的同步轉(zhuǎn)換位確保在每個塊邊界（66 位）都有數(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 位之后查找另一個轉(zhuǎn)換。如果狀態(tài)機檢測到 64 個連續(xù)塊的 66 位間隔的位轉(zhuǎn)換，則實現(xiàn)同步標頭鎖定 （SH_lock）。如果未檢測到 64 次連續(xù)轉(zhuǎn)換，則重新啟動機器。

圖 6. JESD204C 擴展多塊（通道）對齊。

擴展多塊同步

一旦實現(xiàn)同步標頭對齊，接收器就會在轉(zhuǎn)換位中查找擴展多塊結束 （EoEMB） 序列 （100001）。同步字的結構確保該序列只能在適當?shù)臅r間發(fā)生。一旦識別出 EoEMB，狀態(tài)機就會檢查每 32 個同步字，以確保存在多塊結束導頻信號 （00001）。如果 E = 1，EoEMB 位也將與導頻信號一起出現(xiàn)。如果 E 》 1，則每 E × 32 個轉(zhuǎn)換位，導頻信號將包含 EoEMB 位。一旦檢測到四個連續(xù)的有效序列，就實現(xiàn)了擴展多塊結束鎖定（EMB_LOCK）。如果未檢測到有效序列并且對齊過程被復位，則繼續(xù)監(jiān)視每個 E × 32 轉(zhuǎn)換位，并且 EMB_LOCK 丟失。

擴展多塊（車道）對齊

使用 64b/66b 鏈路層時的通道對齊與使用 8b/10b 鏈路層時的通道對齊非常相似，因為每個通道上的 JESD204C 接收器中都采用了彈性緩沖器來存儲傳入數(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 ILAS 期間的 /K/ 到 /R/ 邊界）。圖 6 說明了如何實現(xiàn)車道對齊。一旦接收到 EoEMB 的最后一位，除了最后到達的通道外，每個通道的接收緩沖區(qū)都會開始緩沖數(shù)據(jù)。當接收到最后到達的通道的 EoEMB 時，它會觸發(fā)所有通道的接收緩沖區(qū)的釋放，以便所有通道現(xiàn)在對齊。

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)傳輸中可能出現(xiàn)的錯誤。與糾錯相關的權衡是系統(tǒng)中的額外延遲。對于大多數(shù)應用，使用 CRC-12 同步字的錯誤監(jiān)控是合適的，因為它提供了大于 1 × 10–15 的誤碼率 （BER）。

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)浇邮掌鳌＝邮掌魍瑯訒乃邮盏降拿總€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到的位進行比較。如果所有奇偶校驗位都不匹配，則接收到的數(shù)據(jù)中至少有一個錯誤，并且可以引發(fā)錯誤標志。

對于對附加延遲不敏感的錯誤敏感型應用（如測試和測量設備），使用 FEC 可以產(chǎn)生優(yōu)于 10 × 10–24 的 BER。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，并將這些奇偶校驗位編碼到下一個多塊的同步標頭流中。接收器計算接收比特的校驗子，即本地生成的奇偶校驗和接收的奇偶校驗之間的差異。如果校正子為零，則假定接收到的數(shù)據(jù)位是正確的。如果校正子不為零，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編碼器取多塊的2048個加擾數(shù)據(jù)位，加上26個奇偶校驗位，構成一個縮短的二進制循環(huán)碼。此代碼的生成多項式是：

該多項式可以糾正每個多塊最多 9 位的突發(fā)錯誤。

最后的想法

為了滿足未來幾年對數(shù)據(jù)密集型應用的更快數(shù)據(jù)處理需求，JESD204C 將多千兆接口定義為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和邏輯器件之間所需的通信通道。高達 32 GSPS 的通道速率和 64b/66b 編碼使超高帶寬應用能夠以最小的開銷提高系統(tǒng)效率。5G 通信、雷達和電子戰(zhàn)應用都將從標準的這些改進和其他改進中受益。通過添加糾錯功能，尖端儀器和其他應用可以依靠多年無誤運行。

審核編輯：郭婷