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JESD204C入門第2部分:新特性及其內(nèi)容

作者:?Del Jones 時間:2019-09-12 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201909/404805.htm

JESD204C入門系列的1部分中,通過描述它解決的一些問題,對JESD204標準的新版本進行了說明。通過描述新的術(shù)語和特性來總結(jié)BC版本標準之間的差異,然后逐層概述這些差異。因為第1部分已經(jīng)奠定了理解基礎(chǔ),現(xiàn)在我們來進一步研究一下JESD204C標準幾個更值得注意的新特性。

64b/66b和64b/80b鏈路層

對于64b/66b鏈路層,66位數(shù)據(jù)塊由兩個同步頭位,后接八個八位位組的樣本數(shù)據(jù)組成,其中部分是基于IEEE 802.3第49條定義的數(shù)據(jù)塊格式。與IEEE標準不同的是,它沒有編碼——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。由于沒有編碼來確保發(fā)生一定數(shù)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來提供dc平衡,因此必須對樣本數(shù)據(jù)進行加擾。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:一個數(shù)據(jù)通道由幀組成,每個幀包含來自一個轉(zhuǎn)換器的一個樣本。塊映射規(guī)則與來自JESD204B標準的幀映射規(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表示幀的第一個八位位組。例如,如果F = 8,D0表示JESD204C幀的第一個八位位組,D7表示JESD204C幀的最后一個八位位組。該幀的第一個八位位組的MSB是Converter0的Sample0的MSB(與JESD204B一樣)。例如,如果F = 2,D0和D1代表第一個幀,D2和D3代表第二個幀,以此類推。

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

在E = 1的情況中,每個多塊都從幀邊界開始。如果E > 1,擴展多塊將從(必須從)幀邊界開始。有關(guān)更多信息,請參考多塊(MB)和擴展多塊(EMB)章節(jié)。

圖0.jpg

圖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2位未加擾值,位于每個數(shù)據(jù)塊的開始位置,其內(nèi)容經(jīng)過解析之后,用于解碼單個同步轉(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。

表1.同步頭位值

同步頭位(0.1)

同步轉(zhuǎn)換位

00

無效

01

1

10

0

11

無效


64b/80b數(shù)據(jù)塊的格式如圖2所示。除了樣本數(shù)據(jù)的八個八位位組和兩個同步頭之外,還具有兩個填充位,位于每個八位位組之間。填充位的值由17位PRBS序列決定,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。

圖1.jpg

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選項是為了與8b/10b保持相同的時鐘比,幫助簡化鎖相環(huán)(PLL)設(shè)計,同時最小化雜散。對于希望通過使用前向糾錯或利用同步字提供的其他功能的應用,相比8b/10b,更應該選擇64b/80b,稍后將就這一問題進行詳細討論。

多塊(MB)和擴展多塊(EMB)

JESD204C多塊中包含32個塊。每個多塊中的32個同步轉(zhuǎn)換位構(gòu)成一個32位同步字。稍后,我們將就此進行詳細討論。擴展多塊是一個E多塊容器,必須包含整數(shù)數(shù)量的幀。當多幀不包含整數(shù)數(shù)量的幀時,要求E > 1。多塊和擴展多塊的格式如圖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。對于大多數(shù)場景,擴展多塊只是一個多塊。JESD204C中引入了E參數(shù),確定了擴展多塊中的多塊數(shù)量。E的默認值為1。如上所述,當幀F(xiàn)中的八位位組的數(shù)量不是2的倍數(shù)時,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,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。

圖4和圖5所示為E > 1的JESD204C配置示例。所示的JESD204C配置適用于以下情況:LMFS = 2.8.6.1,N’ = 12,E = 3。圖4顯示了傳輸層的映射情況。在這個配置中,每個通道有4個12位樣本,相當于6個八位位組。由于多塊的每個塊都需要8個八位位組,因此該塊中填充了來自后續(xù)幀的2個八位位組(1.33個樣本)。

1568276041898736.jpg

3.JESD204C多塊和擴展多塊的格式。

LMFS = 2.8.6.1

N = 12

N’ = 12

LMFS = 2.8.6.1

N = 12

N’ = 12

2 Lanes

(L = 2)

2個通道

(L = 2)

8 Converters

(M = 8)

8個轉(zhuǎn)換器

(M = 8)

1 Sample per

Converter per

Frame (S = 1)

 每轉(zhuǎn)換器每幀一個樣本(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

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個數(shù)據(jù)幀有6個八位位組,

所以需要從后續(xù)幀獲取2個八位位組,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

1568276101746079.png

4.傳輸層映射,LMFS = 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)幀來形成塊和多塊。如圖所示,可以看到幀邊界與每三個塊的塊邊界對齊。由于多塊由32個塊組成,所以要在第三個多塊之后才能和多塊對齊。因此,E = 3。

LEMC是擴展多塊計數(shù)器,大致相當于8b/10b鏈路層中的LMFC。SYSREF對系統(tǒng)中的所有LEMC進行對齊,并使用LEMC邊界來確定同步和通道對齊。

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包含來自轉(zhuǎn)換器7:4的樣本0、來自轉(zhuǎn)換器4的樣本1,以及來自轉(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包含來自轉(zhuǎn)換器3:0的樣本0、來自轉(zhuǎn)換器0的樣本1,以及來自轉(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.

幀邊界與每三個塊的塊邊界對齊。

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,沒有對齊。

SERDOUT1±

SERDOUT1±

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

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

SERDOUT0±

SERDOUT0±

Frame   127

127

1568276273392322.png

圖5.串行輸出多塊/幀對齊,LMFS = 2.8.6.1,N’ = 12,E = 3。

同步字

32位同步字由多塊中32個塊的每個同步頭位組成,其中第一個傳輸?shù)氖俏?。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錯誤校驗、前向糾錯,或者提供一個命令通道,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。在每種情況下,都需要多塊序列的結(jié)束,因為它用于獲得多塊同步和通道對齊。表2和表3顯示了兩個最常見用例中可用的不同位字段。

表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

擴展多塊結(jié)束位

27

0

多塊結(jié)束導頻信號

28

0

29

0

30

0

31

1


表3.FEC同步字

同步字位

域名

功能

0

FEC[25]

26位前向糾錯字的位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

擴展多塊結(jié)束位

23

FEC[3]

26位前向糾錯字的位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)束導頻信號

28

0

29

0

30

0

31

1


64b/66b鏈路操作

當使用64b/66b鏈路層時,鏈路的建立過程從同步頭對齊開始,然后是擴展多塊同步,最后是擴展多塊對齊。

同步頭對齊

同步頭中的同步轉(zhuǎn)換位確保在每個塊邊界(66位)都有一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。JESD204C接收器中的狀態(tài)機檢測到一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,在66位后再查找另一個轉(zhuǎn)換。如果狀態(tài)機檢測到64個連續(xù)以66位間隔進行的位轉(zhuǎn)換,則會實現(xiàn)同步頭鎖定(SH_lock)。如果沒有檢測到64個連續(xù)轉(zhuǎn)換,則重新啟動狀態(tài)機。

1568276310778626.png

6.JESD204C擴展多塊(通道)對齊。

擴展多塊同步

一旦實現(xiàn)同步頭對齊,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?shù)臅r間發(fā)生。一旦確定EoEMB,狀態(tài)機將檢查每32個同步字,以確保存在多塊結(jié)束導頻信號(00001)。如果E = 1,EoEMB位也會存在導頻信號。如果E > 1,那么每個E × 32轉(zhuǎn)換位,導頻信號都將包含EoEMB位。一旦檢測到四個連續(xù)的有效序列,就可以實現(xiàn)擴展多塊結(jié)束鎖定(EMB_LOCK)。繼續(xù)監(jiān)測每個E × 32轉(zhuǎn)換位,如果沒有檢測到有效的序列并重置對齊過程,則EMB_LOCK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鏈路層時的通道對齊非常相似,每個通道上的JESD204C接收器都使用一個彈性緩沖區(qū)來存儲傳入的數(shù)據(jù)。這被稱為擴展多塊對齊,緩沖區(qū)開始在EoEMB邊界(而不是在使用8b/10b鏈路層時ILAS期間的/K/至/R/邊界)存儲數(shù)據(jù)。圖6說明了如何實現(xiàn)通道對齊。每個通道的接收緩沖區(qū)在接收到EoEMB的最后一位之后開始緩沖數(shù)據(jù)(最后一個接收通道除外)。接收到最后一個接收通道的EoEMB之后,會觸發(fā)釋放所有通道的接收緩沖區(qū),所以現(xiàn)在所有通道都是對齊的。

錯誤監(jiān)測和前向糾錯

JESD204C同步字選項讓用戶能夠監(jiān)測或糾正JESD204數(shù)據(jù)傳輸中可能發(fā)生的錯誤。糾錯會導致額外的系統(tǒng)延遲。對于大多數(shù)應用,使用CRC-12同步字進行錯誤監(jiān)測是可行的,因為它提供了大于1 × 10-15的誤碼率(BER)。

JESD204C發(fā)射器中的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中傳輸?shù)浇邮掌?。接收器同樣將從接收到的每個數(shù)據(jù)多塊中計算12個奇偶校驗位,并與同步字中接收到的位進行對比。如果所有奇偶校驗位都不匹配,則接收到的數(shù)據(jù)中至少存在一個錯誤,可以觸發(fā)錯誤標志。

對于對額外延遲不敏感但對錯誤敏感的應用(例如測試和測量設(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電路計算多塊中已加擾數(shù)據(jù)位的FEC奇偶校驗位,并在下一個多塊的同步頭位流上對這些奇偶校驗位編碼。接收器計算接收位的校驗子,本地生成的奇偶校驗位和接收到的奇偶校驗位之間的差異就在于此。如果校驗子為0,則假定接收到的數(shù)據(jù)位正確。如果校驗子非0,則可以用它來確定最可能的錯誤。

FEC奇偶校驗位的計算方法與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位奇偶校驗位,以構(gòu)建一個縮短的二進制循環(huán)碼。該碼的發(fā)生器多項式為:

image008.jpg

對于每個多塊,這個多項式可以糾正最多9位突發(fā)錯誤。

總結(jié)

為了滿足未來幾年數(shù)據(jù)密集型應用更快處理數(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32 GSPS的通道速率和64b/66b編碼使超高帶寬應用能以最小的開銷來提高系統(tǒng)效率。這些和其他標準改進對于5G通信、雷達和電子戰(zhàn)應用都大有裨益。再加上糾錯功能,先進的儀器儀表和其他應用都能夠無錯運行多年。

有關(guān)JESD204及其在ADI公司產(chǎn)品中的實現(xiàn)的更多信息,請訪問ADIJESD204串行接口頁面。有關(guān)ADI高速轉(zhuǎn)換器的更多信息,請訪問我們的RF轉(zhuǎn)換器頁面和28 nm RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器頁面。有關(guān)ADI收發(fā)器產(chǎn)品的更多信息,請訪問我們的RadioVerse?頁面。

作者簡介

Del Jones是位于美國北卡羅來納州格林斯博羅的高速轉(zhuǎn)換器團隊的應用工程師。他自2000年以來一直為ADI工作,負責支持ADC、DAC和串行接口。加入ADI之前,他曾在電信行業(yè)擔任電路板和FPGA設(shè)計工程師。Del畢業(yè)于德克薩斯大學達拉斯分校,獲電氣工程學士學位。聯(lián)系方式:del.jones@analog.com。



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