【導讀】JESD204B串行數(shù)據(jù)鏈路接口是針對支持更高速轉換器不斷增長的帶寬需求而開發(fā)。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），支持確定性延遲和同步幀時 鐘。此外，JESD204B能輕松傳輸大量待處理的數(shù)據(jù)從而充分利用更高性能的轉換器以及與之配合的通用的FPGA。
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(shù)轉換器(ADC)和數(shù)模轉換器(DAC)并未配備這類高速串行接口。FPGA和轉換器沒有統(tǒng)一的串行接口造 成無法利用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(shù)據(jù)干擾，因為很有可能會傳輸大量相反的1或0數(shù)據(jù)。通過串行鏈路傳輸?shù)碾S機數(shù)據(jù)還可能長時間無活動狀態(tài)，并在相對較長的時間內為全1或全0。
發(fā)生這種情況時，未編碼串行數(shù)據(jù)流的直流平衡會偏向高電平或低電平兩種極端情況中的一種。此時，若鏈路上再次傳輸有效數(shù)據(jù)，則很有可能發(fā)生位錯誤，因為線路需重新建立偏置。 另外，一個長期的問題是電子遷移，因為差分對的一路長期保持對另一路的固定點評。為了克服這些問題，通常在差分串行數(shù)據(jù)流中（包括JESD204B）采用8b/10b編碼方案。
8b/10b編碼采用10個數(shù)據(jù)位，通過查找表方式從源端發(fā)送器發(fā)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(shù)據(jù)。這樣可確保接收器有足夠的轉換數(shù)據(jù)來恢復內嵌的時鐘信息，而無論底層數(shù)據(jù)的動態(tài)活動狀態(tài)如何。
使用8b/10b編碼時，串行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流上執(zhí)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(shù)據(jù)。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(fā)布版中。
我為轉換器分配的JESD204B通道在系統(tǒng)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(shù)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(guī)范允許在初始配置數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)送器就可方便地重新分配任何數(shù)字邏輯串行數(shù)據(jù)至任何物理輸出通道。
雖然這只是規(guī)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(shù)據(jù)，并改變預期通道分配，恢復數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)手冊中分配的初始名稱。
我正嘗試在我系統(tǒng)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(guī)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)流發(fā)送至多個DAC。隨著鏈路上器件數(shù)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(zhàn)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(shù)字信號所需的時間。類似地，DAC的總延遲表示從數(shù)字樣本數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)從發(fā)送器（ADC或源端FPGA）的并行幀數(shù)據(jù)輸入傳播至接收器（DAC或接收端FPGA）并行解幀數(shù)據(jù)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(shù)使用，與兩個器件接口的串行數(shù)據(jù)信號路由也將作為函數(shù)參與計算。這意味著確定延遲在多轉換器系統(tǒng)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. 兩個互連器件的幀封裝器與去幀器之間JESD204B確定性延遲的概念示例。延遲是三個項目的函數(shù)：發(fā)射器、接收器和兩者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(fā)送轉換器數(shù)據(jù)和控制位。如果某個特定轉換器或配置的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)(N = 13 + CS = 0)。這種情況下，將使用3個結束位填充未使用的數(shù)據(jù)空間（圖2）。
圖2. 若轉換器僅使用13位采樣數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)位，僅用于發(fā)射器完全填充未使用的空間。如果以重復靜態(tài)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(fā)射器和接收器都 必須根據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)送器不發(fā)送數(shù)據(jù)。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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位。然而，如果您希望快速了解轉換器是否正在發(fā)送或接收任何有效數(shù)據(jù)（如果確實存在這些數(shù)據(jù)的話），那么依然可以采用某些方法實現(xiàn)。
某些示波器供應商提供實時數(shù)據(jù)處理以便串行解碼8b/10b數(shù)據(jù)，并在示波器屏幕上顯示未編碼數(shù)據(jù)流。采用這種方法可以探測未加擾數(shù)據(jù)，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(tǒng)設計人員提供一種觀察FPGA內發(fā)送和接收I/O數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)問題。
假設其他鏈路參數(shù)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(shù)，則使用JESD204B的系統(tǒng)設計人員能方便地計算出鏈路的通道數(shù)或通道速率。所有基本鏈路參數(shù)都有如下所示的數(shù)學關系，可以據(jù)此計算未知 變量。根據(jù)計算結果，系統(tǒng)設計人員能夠在轉換器或FPGA限定的架構內選擇其他參數(shù)，改變鏈路操作。
其中：
M表示鏈路上轉換器的數(shù)量。
N’表示一個樣本內發(fā)送的信息位的數(shù)量（包括樣本分辨率、控制和結束位）。
fs是器件或采樣時鐘。
L表示通道數(shù)。
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？
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(shù)據(jù)映射到普通規(guī)格之外。這對于某些需要傳送數(shù)據(jù)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(shù)較低或通道速率較小的低效率配置變得更為高效。發(fā)射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(jù)的空間。
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。
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(shù)為16，但可算出ADC樣本的有效N''''''''''''''''，因為該例中以64位發(fā)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%：
前景如何？
隨著JESD204B在數(shù)據(jù)轉換器市場上的不斷普及，F(xiàn)PGA平臺上具有知識產權(IP)的功能將有助于其推廣應用。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(tǒng)， 未來有關這一話題的討論還將繼續(xù)。
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