JESD204B中的鏈路同步和對(duì)齊：了解控制字符

目前，將JESD204B作為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器首選數(shù)字接口的趨勢(shì)如火如荼。JESD204接口于2006年首次發(fā)布，2008年改版為JESD204A，2011年8月再改版為目前的JESD204B。與LVDS等以前的技術(shù)相比，該接口在效率上技高一籌，同時(shí)還有多種其他優(yōu)勢(shì)。采用JESD204B的設(shè)計(jì)擁有更快的接口帶來的好處，能與轉(zhuǎn)換器更快的采樣速率同步。其封裝引腳數(shù)量減少，由此減小了封裝尺寸，縮短了走線長(zhǎng)度。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)，其主要目的是作為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的通用接口——比如，Xilinx Kintex或Vertex平臺(tái)——但也可用于ASIC。

JESD204B由于引入了新的數(shù)據(jù)項(xiàng)和參數(shù)，因此在前期復(fù)雜性上與其前身存在差異。在本文中，我們將深入考察JESD204接口中所使用的控制字符。了解控制字符有助于加深對(duì)鏈路同步和對(duì)齊方式的認(rèn)識(shí)。由此可以幫助設(shè)計(jì)師了解如何調(diào)試?yán)肑ESD204接口設(shè)計(jì)原型時(shí)可能出現(xiàn)的鏈路問題。每個(gè)控制字符都負(fù)責(zé)一種不同的功能，幫助維持鏈路數(shù)據(jù)對(duì)齊和同步，并對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行監(jiān)控。如果某個(gè)預(yù)期字符缺失，或者收到意外字符，接收器就知道存在錯(cuò)誤。

其工作原理為，JESD204B字被映射成有效的8b/10b編碼字，并以特定規(guī)則設(shè)為幀和多幀。在此過程中，8b/10b編碼通過利用控制字符可帶來串行數(shù)據(jù)鏈路的優(yōu)勢(shì)，這些控制字符則具備執(zhí)行各種通路對(duì)齊功能的能力。8b/10b編碼中主要有5個(gè)控制字符，可為JESD204B數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)各種功能。 這些字符為/K/、/F/、/A/、/R/和/Q/共五個(gè)控制字符。

一堆字符!

/K/ = /K28.5/控制字符通過同步接口用于代碼組同步流程(通過置位!SYNC)。接收器發(fā)布同步請(qǐng)求后，發(fā)射器就開始發(fā)出/K/ = /K28.5/字符。接收器同步，并等待至少4個(gè)連續(xù)的/K/ = /K28.5/字符。然后，接收器取消其同步請(qǐng)求。該過程按照操作子類要求執(zhí)行。對(duì)于子類0(無確定性延遲)，接收器在收到4個(gè)連續(xù)的/K/ = /K28.5/字符之后，取消任何幀邊界上的同步請(qǐng)求。對(duì)于子類1和子類2(有確定性延遲，分別為SYSREF或!SYNC)，接收器在收到4個(gè)連續(xù)的/K/ = /K28.5/字符之后，取消任何局部多幀時(shí)鐘邊界上的同步請(qǐng)求。

圖1：/K/控制字符流

/A/ = /K28.3/控制字符用于串行數(shù)據(jù)流中的多幀對(duì)齊。由發(fā)射器在特定條件下插入多幀末尾。這種情況下，當(dāng)多幀末尾的當(dāng)前幀的最后8位字等于上一幀的最后8位字時(shí)，該8位字將被一個(gè)/A/ = /K28.3/字符取代。即使上一幀的最后8位字也是一個(gè)控制字符，也會(huì)發(fā)生這種情況。

/R/ = /K28.0/控制字符用于指示多幀的開始。如果發(fā)射器發(fā)射一個(gè)初始通道對(duì)齊序列，則/R/ = /K28.0/將是發(fā)出的第一個(gè)非-/K28.5/字符。在初始通道對(duì)齊序列期間，發(fā)射器將始終發(fā)射一個(gè)/R/ = /K28.0/字符以指示多幀的開始，發(fā)射一個(gè)/A/ = /K28.3/字符以指示多幀的結(jié)束。

/Q/ = /K28.4/控制字符用在初始通路對(duì)齊序列中，用于提示接收器，配置數(shù)據(jù)即將開始。必須記住，這個(gè)特定的控制字符只用于初始通路對(duì)齊序列中，而不用在數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜魏纹渌A段。

圖2：/R/、/A/和/Q/控制字符。

/F/ = /K28.7/控制字符用于串行數(shù)據(jù)流中的幀對(duì)齊。該字符由發(fā)射器在特定條件下插入幀末尾。當(dāng)前幀的最后8位字(不是多幀的最后8位字)等于上一幀的最后8位字時(shí)，該8位字將被一個(gè)/F/ = /K28.7/字符取代。然而，如果上一幀的最后8位字為一個(gè)/F/ = /K28.7/字符，則當(dāng)前8位字不會(huì)被取代。

圖3：/F/和/A/控制字符——幀和多幀對(duì)齊

所有這些控制字符(/K/、/F/、/A/、/R/和/Q/)都在表1中與其10位二進(jìn)制表達(dá)式一并列出。每個(gè)控制字符都對(duì)應(yīng)兩個(gè)10位二進(jìn)制表達(dá)式，從而確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹绷髌胶猓约敖涌诘慕涣黢詈?。這與8b/10b數(shù)據(jù)字中同樣存在DC平衡的數(shù)據(jù)是一致的。該方案符合IEEE 802.3中的8b/10b編碼規(guī)范。

表1：8b/10b控制字符

結(jié)論

隨著JESD204成為模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的首選接口，有必要了解該技術(shù)的各個(gè)方面。其比先前的接口技術(shù)更復(fù)雜。然而，JESD204B確實(shí)也有顯著優(yōu)勢(shì)。

ESD204中使用的控制字符可使鏈路得到正確同步和監(jiān)控，以便對(duì)齊。各個(gè)控制字符都負(fù)責(zé)一種特定功能，維系著JESD204發(fā)射器與接收器之間的鏈路。這些控制字符也為監(jiān)控JESD204B鏈路、檢測(cè)錯(cuò)誤提供了一種方法。

隨著對(duì)JESD204B標(biāo)準(zhǔn)了解的不斷深入，就會(huì)發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)的諸多優(yōu)勢(shì)，比如內(nèi)置對(duì)齊、監(jiān)控和錯(cuò)誤檢測(cè)等功能，這彰顯了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)健可靠。JESD204B必將帶著最新一代數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器邁入更高采樣速率、更小封裝尺寸的時(shí)代。