JESD204C入门：第2部分新特性及其内容

本文内容来自ADI的技术文章，作者：Del Jones

原网址为：https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/articles/jesd204c-primer-part2.html

在JESD204C入门系列的 第1部分 中，通过描述它解决的一些问题，对JESD204标准的新版本进行了说明。通过描述新的术语和特性来总结B和C版本标准之间的差异，然后逐层概述这些差异。因为第1部分已经奠定了理解基础，现在我们来进一步研究一下JESD204C标准几个更值得注意的新特性。

64b/66b和64b/80b链路层

对于64b/66b链路层，66位数据块由两个同步头位，后接八个八位位组的样本数据组成，其中部分是基于IEEE 802.3第49条定义的数据块格式。与IEEE标准不同的是，它没有编码——有效载荷数据只是转换器样本数据，由传输层打包到数据帧中。由于没有编码来确保发生一定数量的数据转换来提供dc平衡，因此必须对样本数据进行加扰。这些加扰的八位位组的帧数据被直接放入链路层，两个同步头位附加在其中。

64b/66b数据块的格式如图1所示。该示例展示了这样的情况：一个数据通道由帧组成，每个帧包含来自一个转换器的一个样本。块映射规则与来自JESD204B标准的帧映射规则非常相似。按顺序完成八位位组到64位数据块的映射，其中D0表示帧的第一个八位位组。例如，如果F = 8，D0表示JESD204C帧的第一个八位位组，D7表示JESD204C帧的最后一个八位位组。该帧的第 一个八位位组的MSB是Converter0的Sample0的MSB（与JESD204B一样）。例如，如果F = 2，D0和D1代表第一个帧，D2和D3代表第二个帧，以此类推。

为了与JESD204B中使用的方法保持一致，多块中的八位位组按MSB到LSB的顺序被转移到加扰器/解扰器中。

在E = 1的情况中，每个多块都从帧边界开始。如果E > 1，扩展多块将从（必须从）帧边界开始。有关更多信息，请参考多块 (MB)和扩展多块(EMB)章节。

图1. 64b/66b数据块格式示例，LMFS = 1.1.2.1，N = N’ = 16。

同步头是一个2位未加扰值，位于每个数据块的开始位置，其内容经过解析之后，用于解码单个同步转换位。这些位要么采用0-1序列，表示逻辑1，要么采用1-0序列，表示逻辑0。表1列举了同步头的转换位值。

64b/80b数据块的格式如图2所示。除了样本数据的八个八位位组和两个同步头之外，还具有两个填充位，位于每个八位位组之间。填充位的值由17位PRBS序列决定，以减少杂散，并确保适当数量的数据转换以保持dc平衡。未加扰的填充位在样本数据加扰之后插入到块中。

图2. 64b/80b数据块格式示例，LMFS = 1.1.2.1，N = N’ = 16。

提供64b/80b选项是为了与8b/10b保持相同的时钟比，帮助简化锁相环(PLL)设计，同时最小化杂散。对于希望通过使用前向纠错或利用同步字提供的其他功能的应用，相比8b/10b，更应该选择64b/80b，稍后将就这一问题进行详细讨论。

多块(MB)和扩展多块(EMB)

JESD204C多块中包含32个块。每个多块中的32个同步转换位构成一个32位同步字。稍后，我们将就此进行详细讨论。扩展多块是一个E多块容器，必须包含整数数量的帧。当多帧不包含整数数量的帧时，要求E > 1。多块和扩展多块的格式如图3所示。

图3. JESD204C多块和扩展多块的格式。

多块可以是2112 (32×66)位，或者是2560 (32×80)位，具体由所用的64位编码方案决定。对于大多数场景，扩展多块只是一个多块。JESD204C中引入了E参数，确定了扩展多块中的多块数 量。E的默认值为1。如上所述，当帧F中的八位位组的数量不是2的倍数时，该配置要求E > 1。E的公式为：E = LCM(F, 256)/256。发送12位样本且N’ = 12时，一般选择这些配置，以最大化链路中的带宽效率。这一要求确保EMB边界与帧边界一致。

图4和图5所示为E > 1的JESD204C配置示例。所示的JESD204C配置适用于以下情况：LMFS = 2.8.6.1，N’ = 12，E = 3。图4显示 了传输层的映射情况。在这个配置中，每个通道有4个12位样本，相当于6个八位位组。由于多块的每个块都需要8个八位位组，因此该块中填充了来自后续帧的2个八位位组（1.33个样本）。

图4. 传输层映射，LMFS = 2.8.6.1，N’ = 12，E = 3。

图5显示了如何使用来自传输层的数据帧来形成块和多块。如图所示，可以看到帧边界与每三个块的块边界对齐。由于多块由32个块组成，所以要在第三个多块之后才能和多块对齐。因此，E = 3。

图5. 串行输出多块/帧对齐，LMFS = 2.8.6.1，N’ = 12，E = 3。

LEMC是扩展多块计数器，大致相当于8b/10b链路层中的LMFC。SYSREF对系统中的所有LEMC进行对齐，并使用LEMC边界来确定同步和通道对齐。

同步字

32位同步字由多块中32个块的每个同步头位组成，其中第一个传输的是位0。同步字用于提供通道同步，并使能确定性延迟。此外，它还可以选择性地提供CRC错误校验、前向纠错，或者提供一个命令通道，供发射器与接收器通信。

32位同步字有三种不同的格式选项。在每种情况下，都需要多块序列的结束，因为它用于获得多块同步和通道对齐。表2和表3显示了两个最常见用例中可用的不同位字段。

64b/66b链路操作

当使用64b/66b链路层时，链路的建立过程从同步头对齐开始，然后是扩展多块同步，最后是扩展多块对齐。

同步头对齐

同步头中的同步转换位确保在每个块边界（66位）都有一个数据转换。JESD204C接收器中的状态机检测到一个数据转换，在66位后再查找另一个转换。如果状态机检测到64个连续以66位间隔进行的位转换，则会实现同步头锁定(SH_lock)。如果没有检测到64个连续转换，则重新启动状态机。

扩展多块同步

一旦实现同步头对齐，接收器就会在转换位中查找扩展多块结束(EoEMB)序列(100001)。同步字的结构确保此序列只能在适当的时间发生。一旦确定EoEMB，状态机将检查每32个同步字，以确保存在多块结束导频信号(00001)。如果E = 1，EoEMB位也会存在导频信号。如果E > 1，那么每个E × 32转换位，导频信号都将包含EoEMB位。一旦检测到四个连续的有效序列，就可以实现扩展多块结束锁定(EMB_LOCK)。继续监测每个E × 32转换位，如 果没有检测到有效的序列并重置对齐过程，则EMB_LOCK丢失。

扩展多块（通道）对齐

使用64b/66b链路层时的通道对齐与使用8b/10b链路层时的通道对齐非常相似，每个通道上的JESD204C接收器都使用一个弹性缓冲区来存储传入的数据。这被称为扩展多块对齐，缓冲区开始在EoEMB边界（而不是在使用8b/10b链路层时ILAS期间的/K/至/R/边界）存储数据。图6说明了如何实现通道对齐。每个通道的接收缓冲区在接收到EoEMB的最后一位之后开始缓冲数据（最后一个接收通道除外）。接收到最后一个接收通道 EoEMB之后，会触发释放所有通道的接收缓冲区，所以现在所有通道都是对齐的。

图6. JESD204C扩展多块（通道）对齐。

错误监测和前向纠错

JESD204C同步字选项让用户能够监测或纠正JESD204数据传输中可能发生的错误。纠错会导致额外的系统延迟。对于大多数应用，使用CRC-12同步字进行错误监测是可行的，因为它提供了大于 1 × 10–15的误码率(BER)。

JESD204C发射器中的CRC-12编码器接收每个多块的加扰数据位，并计算12个奇偶校验位。这些奇偶校验位在随后的多块中传输到接收器。接收器同样将从接收到的每个数据多块中计算12个奇偶校验位，并与同步字中接收到的位进行对比。如果所有奇偶校验位都不匹配，则接收到的数据中至少存在一个错误，可以触发错误标志。

对于对额外延迟不敏感但对错误敏感的应用（例如测试和测量设备），使用FEC可以得到优于 10 × 10–24的误码率。JESD204C发 射器中FEC电路计算多块中已加扰数据位的FEC奇偶校验位，并在下一个多块的同步头位流上对这些奇偶校验位编码。接收器计算接收位的校验子，本地生成的奇偶校验位和接收到的奇偶校验位之间的差异就在于此。如果校验子为0，则假定接收到的数据位正确。如果校验子非0，则可以用它来确定最可能的错误。

FEC奇偶校验位的计算方法与CRC相似。FEC编码器接收多块的 2048 位加扰数据位，并添加26位奇偶校验位，以构建一个缩短的二进制循环码。该码的发生器多项式为：

对于每个多块，这个多项式可以纠正最多9位突发错误。

总结

为了满足未来几年数据密集型应用更快处理数据的需求，JESD204C将多千兆位接口定义为数据转换器和逻辑器件之间必需的通信通道。高达32 GSPS的通道速率和64b/66b编码使超高带宽应用能以最小的开销来提高系统效率。这些和其他标准改进对于5G通信、雷达和电子战应用都大有裨益。再加上纠错功能，先进的仪器仪表和其他应用都能够无错运行多年。

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