JESD204C标准的新特性和问题解决方案

在JESD204C 入门系列的第 1 部分中，新版本的 JESD204 标准通过描述其解决的一些问题来证明其合理性。B 版和 C 版标准之间的差异通过描述新的术语和特性进行了总结，然后提供了对这些差异的逐层概述。既然第 1 部分奠定了合适的基础，让我们仔细看看 JESD204C 标准的一些更显着的新特性。

64b/66b 和 64b/80b 链路层

对于 64b/66b 链路层，66 位数据块是两个同步头位，后跟八个八位字节的样本数据，部分基于 IEEE 802.3 第 49 条中定义的块格式。与 IEEE 标准不同，有无编码——有效载荷数据只是由传输层打包成数据帧的转换器样本数据。由于没有编码来确保发生一定数量的数据转换以提供直流平衡，因此必须对样本数据进行加扰。这些加扰的成帧数据八位字节直接放入链路层，并附有两个同步头位。

64b/66b 块格式如图 1 所示。该示例显示了一个数据通道由帧组成的情况，每帧包含一个来自一个转换器的样本。块映射规则与 JESD204B 标准中的帧映射规则非常相似。将八位字节映射到 64 位块是按顺序完成的，其中 D0 表示帧的第一个八位字节。例如，如果 F = 8，则 D0 代表 JESD204C 帧的第一个八位组，D7 代表 JESD204C 帧的最后一个八位组。帧的第一个八位字节是其 MSB 是 Converter0 的 Sample0 的 MSB 的八位字节（与 JESD204B 中相同）。例如，如果 F = 2，则 D0 和 D1 表示第一帧，D2 和 D3 表示第二帧，以此类推。

为了与 JESD204B 中使用的方法保持一致，多块内的八位字节按 MSB 到 LSB 的顺序移入扰频器/解扰器。

对于 E 为 1 的情况，每个多块都从帧边界开始。如果 E 》 1，扩展的多块将（并且必须！）从帧边界开始。这在多块 （MB） 和扩展多块 （EMB） 部分中有更多介绍。

图 1. LMFS = 1.1.2.1，N = N‘ = 16 的 64b/66b 块格式示例。

同步标头是每个块开头的 2 位未加扰值，其内容被解释为解码单个同步转换位。这些位必须是指示逻辑 1 的 0-1 序列或指示逻辑 0 的 1-0 序列。表 1 列举了同步标头同步转换位值。

64b/80b 块格式如图 2 所示。除了 8 个八位字节的样本数据和两个同步头位之外，每个八位位组之间还有两个填充位。填充位的值由 17 位 PRBS 序列确定，以减少杂散并确保适当数量的数据转换以保持直流平衡。在样本数据被加扰后，未加扰的填充位被插入到块中。

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

提供 64b/80b 选项以保持与 8b/10b 相同的时钟比率，这有助于简化锁相环 （PLL） 设计，同时还能最大限度地减少杂散。在希望使用前向纠错或利用同步字提供的其他功能的应用中，该方案优于 8b/10b，稍后将对此进行讨论。

多块 （MB） 和扩展多块 （EMB）

JESD204C 多块中有 32 个块。每个多块中的 32 个同步转换位组成一个 32 位同步字。这些将在后面更详细地讨论。扩展多块是 E 个多块的容器，必须包含整数个帧。当多帧不包含整数帧时，需要 E 》 1。多块和扩展多块的格式如图 3 所示。

图 3. JESD204C 多块和扩展多块格式。

多块是 2112 （32×66） 或 2560 （32×80） 位，具体取决于使用的 64 位编码方案。对于大多数实现和配置，扩展多块将只是一个多块。E参数在JESD204C中引入，决定了扩展多块中的多块数量。E 的默认值为 1。如上所述，对于帧中八位字节数 F 不是 2 的幂的配置，E 》 1 是必需的。E 的等式是：E = LCM（F， 256）/256。当传输 12 位样本并且 N‘ 设置为 12 以最大化链路中的带宽效率时，通常首选这些配置。此要求确保 EMB 边界与帧边界重合。

图 4 和图 5 显示了 E 》 1 的 JESD204C 配置示例。所示的 JESD204C 配置适用于 LMFS = 2.8.6.1、N’ = 12 和 E = 3 的情况。图 4 显示了传输层映射。在此配置中，每个通道有四个 12 位样本，转换为六个八位字节。由于多块的每个块需要八个八位字节，因此该块用来自后续帧的两个八位位组（1.33 个样本）填充。

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

图 5 显示了如何使用来自传输层的数据帧形成块和多块。如图所示，您可以看到帧边界与每隔三个块的块边界对齐。由于多块由 32 个块组成，因此直到第三个多块之后才能实现与多块的帧对齐。因此，E = 3。

图 5. LMFS = 2.8.6.1、N’ = 12、E = 3 的串行器输出多块/帧对齐。

LEMC 是扩展的多块计数器，大致相当于 8b/10b 链路层中的 LMFC。SYSREF 对齐系统中的所有 LEMC，LEMC 边界用于确定同步和通道对齐。

同步字

32 位同步字由多块内的 32 个块中的每个样本头组成，其中首先传输位 0。同步字用于提供通道同步并启用确定性延迟。此外，它还可以选择性地提供 CRC 错误检查、前向纠错，或为发送器提供与接收器通信的命令通道。

32 位同步字有三种不同的格式选项。在每种情况下，都需要多块结束序列，因为它用于获取多块同步和通道对齐。表 2 和表 3 显示了两种最常见用例中可用的不同位字段。

64b/66b 链接操作

使用 64b/66b 链路层时的链路建立过程从同步头对齐开始，然后进行到扩展多块同步，最后到扩展多块对齐。

同步标头对齐

同步头中的同步转换位确保在每个块边界（66 位）都有数据转换。JESD204C 接收器中的状态机检测到数据转换，然后在 66 位之后查找另一个转换。如果状态机检测到 64 个连续块的 66 位间隔的位转换，则实现同步标头锁定 （SH_lock）。如果未检测到 64 次连续转换，则重新启动机器。

图 6. JESD204C 扩展多块（通道）对齐。

扩展多块同步

一旦实现同步标头对齐，接收器就会在转换位中查找扩展多块结束 （EoEMB） 序列 （100001）。同步字的结构确保该序列只能在适当的时间发生。一旦识别出 EoEMB，状态机就会检查每 32 个同步字，以确保存在多块结束导频信号 （00001）。如果 E = 1，EoEMB 位也将与导频信号一起出现。如果 E 》 1，则每 E × 32 个转换位，导频信号将包含 EoEMB 位。一旦检测到四个连续的有效序列，就实现了扩展多块结束锁定（EMB_LOCK）。如果未检测到有效序列并且对齐过程被复位，则继续监视每个 E × 32 转换位，并且 EMB_LOCK 丢失。

扩展多块（车道）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，因为每个通道上的 JESD204C 接收器中都采用了弹性缓冲器来存储传入数据。这称为扩展多块对齐，缓冲区开始在 EoEMB 边界存储数据（而不是使用 8b/10b 链路层时 ILAS 期间的 /K/ 到 /R/ 边界）。图 6 说明了如何实现车道对齐。一旦接收到 EoEMB 的最后一位，除了最后到达的通道外，每个通道的接收缓冲区都会开始缓冲数据。当接收到最后到达的通道的 EoEMB 时，它会触发所有通道的接收缓冲区的释放，以便所有通道现在对齐。

错误监控和前向纠错

JESD204C 同步字选项使用户能够监控或纠正 JESD204 数据传输中可能出现的错误。与纠错相关的权衡是系统中的额外延迟。对于大多数应用，使用 CRC-12 同步字的错误监控是合适的，因为它提供了大于 1 × 10–15 的误码率 （BER）。

JESD204C 发送器中的 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期间传输到接收器。接收器同样会从它接收到的每个多块数据中计算 12 个奇偶校验位，并将这些位与同步字中接收到的位进行比较。如果所有奇偶校验位都不匹配，则接收到的数据中至少有一个错误，并且可以引发错误标志。

对于对附加延迟不敏感的错误敏感型应用（如测试和测量设备），使用 FEC 可以产生优于 10 × 10–24 的 BER。JESD204C 发送器中的 FEC 电路计算多块中加扰数据位的 FEC 奇偶校验位，并将这些奇偶校验位编码到下一个多块的同步标头流中。接收器计算接收比特的校验子，即本地生成的奇偶校验和接收的奇偶校验之间的差异。如果校正子为零，则假定接收到的数据位是正确的。如果校正子不为零，则可用于确定最可能的错误。

FEC 奇偶校验位的计算方式与 CRC 类似。FEC编码器取多块的2048个加扰数据位，加上26个奇偶校验位，构成一个缩短的二进制循环码。此代码的生成多项式是：

该多项式可以纠正每个多块最多 9 位的突发错误。

最后的想法

为了满足未来几年对数据密集型应用的更快数据处理需求，JESD204C 将多千兆接口定义为数据转换器和逻辑器件之间所需的通信通道。高达 32 GSPS 的通道速率和 64b/66b 编码使超高带宽应用能够以最小的开销提高系统效率。5G 通信、雷达和电子战应用都将从标准的这些改进和其他改进中受益。通过添加纠错功能，尖端仪器和其他应用可以依靠多年无误运行。

审核编辑：郭婷