JESD204B(2)——理解链路配置参数

在上一篇博客中《JESD204B(1)——总体概要》,我们框架性的介绍了JESD204B,这篇博客介绍协议所需要关注的一些参数,这些参数基本就是决定了连接特性。理解这些参数,有助于理解连接中的转换特性、路径数(lane count)、速率以及接收能力。

本篇博客主要是翻译自文献《Understanding JESD204B Link Parameters》,在加上一些自己的总结和补充。

1. 参数

首先,有关连接的主要参数如下表所示:

参数 含义
M 每个器件的转换数(理解为每个AD或者DA的转换通道数)
N 转换分辨率(即AD采样位数)
N' 所需半字节总的位数,即所需nibble数乘以4,也可称为协议的字长(word size)
S 每一帧所传输的采样数
L 数据传输的通道(lane)数量
F 每一帧的字节数(octets)
K 多帧情况下的帧数

举一个简单的例子,假设一个4通道的AD芯片,分辨率是14位,则M=4,N=14。在JESD204B的标准中要求,采样的一个数据必须要分解成半字节(nibble,4bit),那么14位的AD数据,能分解成3个nibble,还余下2位。那么余下的这2位,要与控制位(CS)或尾位(T)组成一个新的nibble。所以14位采样率的AD,需要4个nibble,那么N'=16,组帧结构如下图所示,发送时先发送高位,再发送低位。同理,如果12位的AD,只需要3个nibble,不需要控制位或尾位在补充,则N'=12。所以可以得知$N'=N+CS+T$

以nibble为基本传输单元的设计有什么好处呢?如果将发送和接收端的N'均设置为16,那么可以实现8bit到16bit之间的转换器的通信。另外,这允许同一个发送和接收端实现多个转换器,简化了系统设计。(这一点没有很好理解)

S表示每一帧传输的采样数,S必须是整数,以防止数据的串扰。一般而言S=1,即每一帧传输1个采样数据,这样设计还有一个好书就是使得帧时钟(frame clock,FC)与采样时钟(sample clock)同频。

L表示数据传输的通道数量,要想知道传输所需的通道数量,必须先还要知道通信速率。通信速率由收发两端各自接收/发送数据的驱动能力有关。通道速率的计算公式如下式所示:

$$Lane Rate = (M × S × N' × 10/8 × FC)/L$$

其中10/8是一个系数,表示数据8B/10B编码之后会增加2位。以一个4通道,500MSPS采样率,14位的AD为例,可以知道N’=16,S=1。假设器件支持的JESD204B协议的速率为12.5Gb/s,那么可以求得L=4的时候,速率为10Gb/s,这样才不会超过速率的最大限制。

F表示每一帧的字节数(octets),计算公式如下:

$$F=(M×S×N')/(8×L)$$

同样以上面AD为例,可以计算得出F=2,即每一帧传输中有2个字节的数据。

2. 组帧传输

上面介绍了连接所需参数,这节说明参数是如何体现在组帧和传输上面的。

通过上面的例子知道,此时JESD204B协议的一个字长是16,即4个nibble或2个通信字节。那么这2个字节是如何进行组帧并传输的呢?首先一帧数据在发送之前,先要经过8B/10B编码,一个字节的数据经过一定的编码规则转换成10位的数据,如下图所示。

例子中的AD有4个采样通道,每一个通道的数据经过上图编码之后进入各自的传输通道,即4条通道(lanes),并且数据经过转换后都是对齐出现在各自的通道上。如下图所示显示了4个转换器器在4个传输通道上的映射关系。每一个采样经过8B/10B编码之后形成wor0和word1组成一帧数据在线路上进行串行传输。

同理,如果上述AD的其他参数不变,唯独传输通道增加1倍,即8条lanes,意味着同一时刻可以传输2个采样数据(word0和word1、word2和word3),如下图所示。因为总的数据吞吐量不变,则意味着通信速率降低了一倍,从10Gb/s降为5Gb/s。在JESD204A协议中并不支持一个转换器通过两路通道传输数据的方式,直到204B才增加了这种方式的支持。总的来说速率和传输通道数的关系是,要保持低速率,则需增加通道数。

结合组帧的情况,再补充一个参数K,表示多帧模式下,一包数据中有多少帧,取值范围是1-32。

3. 举例

为了更加形象的说明组帧和传输形式,TI有一份文档中给出了一些非常好的示意图。

如图所示,为一个8通道采样,11位的AD,拥有4条传输通道,即M=8,N=11,L=4。根据上面的说明,N'=13(此处TI的定义和ADI的略有不同,ADI的定义下N'=16,但不影响理解),补充了2个控制位和3个尾位。要是同一帧的传输下,4条通道装下8个转换器的一个数据,需要设置F=4,即4个字节,每2个转换器共用一个传输通道,各自传输2个字节的数据。这张图一目了然的展示了连接参数对组帧方式的作用。

同一种AD芯片可能因为不同的参数设置而组成不同形式的传输帧。下图TI给出芯片ADS42JB49的不同参数设置。

参考文献

  1. 《Understanding JESD204B Link Parameter》
  2. 《JESD204B Overview》_TI
posted @ 2020-08-31 10:17  肉娃娃  阅读(3419)  评论(0编辑  收藏  举报