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JESD204B串行數據鏈路接口針對支持更高速轉換器不斷增長的帶寬需求而開發。作為第三代標準，它提供更高的通道速率最大值(每通道高達12.5 Gbps)，支持確定延遲和諧波幀時鐘。此外，得益于轉換器性能的提升——這些轉換器兼容開放市場FPGA解決方案，并且可擴展——現已能輕松傳輸大量待處理的數據。 FPGA供應商已討論了許多年有關千兆串行/解串(SERDES)接口的話題，雖然過去大部分模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)并未配備這類高速串行接口。FPGA和轉換器不與任何通用標準接口，無法利用SERDES的高帶寬。JESD204B兼容型轉換器能夠解決這個問題，而人們針對這種新功能提出了一些問題。 什么是8b/10b編碼，為什么JESD204B接口需使用這種編碼？ 無法確保差分通道上的直流平衡信號不受隨機非編碼串行數據干擾，因為很有可能會傳輸大量相反的1或0數據。通過串行鏈路傳輸的隨機數據還可能長時間無活動狀態，并在相對較長的時間內為全1或全0。 發生這種情況時，未編碼串行數據流的直流平衡被隔離，產生兩種極端情況中的一種。此時，若鏈路上再次傳輸有效數據，則很有可能發生位錯誤，因為線路重新開始偏置。另外，一個長期的問題是電子遷移，因為相對差分對的另一側，會保持一側的差分直流電壓。為了克服這些問題，通常在差分串行數據流中(包括JESD204B)采用8b/10b編碼方案。 8b/10b編碼采用10個數據位，通過查找表方式從源端發送器發送8位初始信息。這種方式具有25%的固有開銷(10b/8b= 1.25)，效率較低。此外，編碼允許每個10位符號傳輸至少3位(但不超過8位)數據。這樣可確保接收器有足夠的轉換數據來恢復內嵌的時鐘信息，而無論底層數據的動態活動狀態如何。 使用8b/10b編碼時，串行數據流中二進制0和1之間的偏差保持在±1以內，因此信號長期保持直流平衡。然后，必須在接收器端的數據流上執行10位到8位的反向解碼，才能利用反向查找表恢復原始數據。更為高效的64b/66b編碼工作原理與此相似，但開銷僅為3.125%。這種方式更為先進，可能會用于未來的JESD204發布版中。 我為轉換器分配的JESD204B通道在系統板上無法順利路由至FPGA。交叉對太多，非常容易受串擾影響。能否重新映射JESD204B的通道分配，改善布局？ 雖然轉換器的JESD204B串行通道可能由數字、字母或其他術語指定其完整鏈路的特定關系，但這種關系并非一定要保持固定不變。規范允許在初始配置數據中重新映射分配關系，只要每個通道和器件都有獨特的識別號即可。鏈路配置數據包含器件和通道識別號，可識別其操作。利用該信息，通過縱橫式多路復用器，多通道發送器就可方便地重新分配任何數字邏輯串行數據至任何物理輸出通道。 雖然這只是規范許可的一個可選功能，但如果ADC供應商提供縱橫式多路復用器功能，可將邏輯輸出重新分配給物理輸出，那么鏈路I/O就能重新配置為最佳順序，為布局布線提供最大程度的便利。FPGA接收器可接收相同的初始配置數據，并改變預期通道分配，恢復數據。有了這一功能，從一個器件到另一個器件的通道路由便簡單得多，并可獨立于硅片供應商在數據手冊中分配的初始名稱。 我正嘗試在我系統中設計一個使用JESD204B多點鏈路的轉換器。它與單點鏈路有何不同？ JESD204B規范提供稱為“多點鏈路”的接口。它是一種連接三個或三個以上JESD204B設備的通信鏈路。取決于轉換器的使用方式，相比單點鏈路，這種鏈路配置在某些情況下更為有效。 比如，使用JESD204B的雙通道ADC。大部分情況下，雙通道ADC針對兩個轉換器提供單個時鐘輸入。它將迫使ADC以同樣的頻率進行模擬采樣。但對于某些特定的應用而言，這類器件也可能采用兩個獨立的輸入時鐘，每個時鐘可單獨驅動對應的ADC。這樣，兩個ADC之間便有可能產生采樣相位差，甚至每個ADC單獨以相互不相干的頻率進行采樣。在后一種情況中，單個JESD204B鏈路上存在來自所有兩個轉換器的數據，若不采用復雜的后端FIFO方案，則無法正常工作。 該問題的一種解決方案是讓雙通道轉換器使用多點鏈路JESD204B接口，其中每個轉換器都使用各自獨立的串行鏈路輸出。然后便可針對每個ADC使用非相干時鐘，且每個串行鏈路的輸出可方便地單獨路由至獨立的FPGA或ASIC。多點鏈路配置還可用于將單個FPGA的多路數據流發送至多個DAC。隨著鏈路上器件數目的增加，在多點配置中最小化器件的時鐘分布偏斜將會是非常具有挑戰性的任務。 JESD204B中的確定延遲到底是什么？ 它是否就是轉換器的總延遲？ ADC的總延遲表示其輸入一個模擬樣本、處理、并從器件輸出數字信號所需的時間。類似地，DAC的總延遲表示從數字樣本數據輸入器件直到模擬輸出相應樣本的時間。通常，對這兩者都以分辨率為采樣時鐘周期進行測量，因為它們與頻率有關。這在原理上與JESD204B鏈路部署中描述的確定延遲的定義有所不同。 JESD204B鏈路的確定延遲定義為數據從發送器(ADC或源端FPGA)的并行幀數據輸入傳播至接收器(DAC或接收端FPGA)并行去幀數據輸出所需的時間。該時間通常以分辨率為幀時鐘周期或以器件時鐘進行測量(圖1)。該定義不包括ADC的模擬前端內核或DAC的后端模擬內核。不僅兩個器件在這種延遲計算中作為函數使用，與兩個器件接口的串行數據信號路由也將作為函數參與計算。這意味著確定延遲在多轉換器系統或多點鏈路中，可能大于或小于確定延遲，具體取決于JESD204B通道的路由長度。接收器的緩沖器延遲有助于彌補路由造成的延遲差異。 圖1. 兩個互連設備的幀封裝器與去幀器之間JESD204B確定延遲的概念示例 延遲函數包括三個項：發送器、接收器和它們之間的接口傳播時間 JESD204B如何使用結束位？結束位存在的意義是什么？ JESD204B鏈路允許分配多于實際需要的信息空間，用來發送轉換器數據和控制位。如果某個特定轉換器或配置的數據未填滿整個空間，則以定義中的結束位填充。例如，N'= 16的空間大于打包后的13位實際數據(N = 13 + CS = 0)。這種情況下，將使用3個結束位填充未使用的數據空間(圖2)。 圖2. 若轉換器僅使用13位采樣數據，則3個結束位可用于補充N’= 16的第二個8位字 結束位是無信息內容的偽數據位，僅用于完全填充未使用的空間。如果以重復靜態值填充結束位，它們可能會產生干擾雜散噪聲；但也可用來代表偽隨機序列。發送器和接收器都必須根據鏈路配置了解這些位不含信息，從而接收器可方便地將它們從相關數據流中去除。 我的鏈路模式沒有任何問題，但在正常工作模式下發送器不發送數據。在歷代轉換器中，低壓差分信號(LVDS)和并行接口允許對DAC或ADC的最低有效位(LSB)或最高有效位(MSB)進行簡單探測/調試，檢查函數轉換器是否正在工作。使用JESD204B接口時如何探測MSB或LSB？ 這是JESD204B接口的少數幾個弊端之一。對LSB或MSB I/O進行電探測以便查看轉換器兩個方向的鏈路上是否存在正確的活動并不容易。這是因為，采樣數據以通道為單位進行串行化，因此無法輕易電探測特定的加權數據位。然而，如果您希望快速了解轉換器是否正在發送或接收任何有效數據(如果確實存在這些數據的話)，那么依然可以采用某些方法實現。 某些示波器供應商提供實時數據處理以便串行解碼8b/10b數據，并在示波器屏幕上顯示未編碼數據流。采用這種方法可以探測未加擾數據，從而確定鏈路上正在進行何種活動。 FPGA供應商提供內部探測軟件工具，通過一個USB加密狗將其與計算機相連，為系統設計人員提供一種觀察FPGA內發送和接收I/O數據的方法。另外，某些ASIC和轉換器提供內部串行回送自測模式，可用于辨認鏈路上的數據問題。 假設其他鏈路參數已知，如何計算轉換器的通道速率？ 如果已知轉換器、ASIC或FPGA的其他關鍵參數，則使用JESD204B的系統設計人員能方便地計算出鏈路的通道數或通道速率。所有基本鏈路參數都有如下所示的數學關系，可以據此計算未知變量。根據計算結果，系統設計人員能夠在轉換器或FPGA限定的架構內選擇其他參數，改變鏈路操作。 通道速率 = (M × N'× [10/8] × Fs) / L 其中： M表示鏈路上轉換器的數量。 N'表示單個樣本內信息位的數量(包括樣本分辨率、控制和結束位)。 Fs表示是器件或采樣時鐘。 L表示通道數。 通道速率表示單個通道的位速率。 10/8表示8b/10b編碼的鏈路開銷。 例如，考慮雙通道ADC的情況：N'= 16，Fs = 235 MHz使用兩個通道。什么是通道速率？ 通道速率 = [2 × 16 × 1.25 × 235 MHz] / 2 通道速率 = 4700 Mbps或4.7 Gbps 什么是應用層，它能做什么？ 應用層是JESD204B提供的一種方法，允許樣本數據映射到普通規格之外。這對于某些需要傳送數據樣本尺寸不同于鏈路N'的轉換器模式而言非常有用。 使用應用層，可將鏈路上原本通道數較低或通道速率較小的低效率配置變得更為高效。發送器和接收器都需要進行配置才能了解特定的應用層，因為特定的轉換器模式會定制或有針對性地對應用層進行設計。圖3顯示了一個示例，其中5個樣本被分配到通常僅能為4個樣本所占據的空間。 使用上一個問題中的等式進行應用層計算時，需使用有效N'而非實際N'。例如，下文所示的應用層示例中，雖然實際的JESD024B樣本N'參數為16，但可算出ADC樣本的有效N'，因為該例中以64位發送5個樣本。因此，Neff = 64/5 = 12.8。由于其他變量保持不變，通道速率將下降20%： Neff/N' = 12.8 / 16 = 0.8。 圖3. ADC應用層可將5個12位ADC樣本重新映射到4個JESD204B N’= 16樣本所用空間中 4位額外輔助信息可提供其他用途 前景如何？ 隨著JESD204B在數據轉換器市場上的不斷普及，FPGA平臺對知識產權(IP)的保護能力將推動這種趨勢。雖然這項技術更為復雜，但由于更多的工程師開始使用JESD204B來設計新系統，未來有關這一話題的討論還將繼續。 |
