在上一篇博客中《JESD204B(1)——總體概要》,我們框架性的介紹了JESD204B,這篇博客介紹協議所需要關注的一些參數,這些參數基本就是決定了連接特性。理解這些參數,有助於理解連接中的轉換特性、路徑數(lane count)、速率以及接收能力。
本篇博客主要是翻譯自文獻《Understanding JESD204B Link Parameters》,在加上一些自己的總結和補充。
1. 參數
首先,有關連接的主要參數如下表所示:
參數 | 含義 |
---|---|
M | 每個器件的轉換數(理解為每個AD或者DA的轉換通道數) |
N | 轉換分辨率(即AD采樣位數) |
N' | 所需半字節總的位數,即所需nibble數乘以4,也可稱為協議的字長(word size) |
S | 每一幀所傳輸的采樣數 |
L | 數據傳輸的通道(lane)數量 |
F | 每一幀的字節數(octets) |
K | 多幀情況下的幀數 |
舉一個簡單的例子,假設一個4通道的AD芯片,分辨率是14位,則M=4,N=14。在JESD204B的標准中要求,采樣的一個數據必須要分解成半字節(nibble,4bit),那么14位的AD數據,能分解成3個nibble,還余下2位。那么余下的這2位,要與控制位(CS)或尾位(T)組成一個新的nibble。所以14位采樣率的AD,需要4個nibble,那么N'=16,組幀結構如下圖所示,發送時先發送高位,再發送低位。同理,如果12位的AD,只需要3個nibble,不需要控制位或尾位在補充,則N'=12。所以可以得知$N'=N+CS+T$。
以nibble為基本傳輸單元的設計有什么好處呢?如果將發送和接收端的N'均設置為16,那么可以實現8bit到16bit之間的轉換器的通信。另外,這允許同一個發送和接收端實現多個轉換器,簡化了系統設計。(這一點沒有很好理解)
S表示每一幀傳輸的采樣數,S必須是整數,以防止數據的串擾。一般而言S=1,即每一幀傳輸1個采樣數據,這樣設計還有一個好書就是使得幀時鍾(frame clock,FC)與采樣時鍾(sample clock)同頻。
L表示數據傳輸的通道數量,要想知道傳輸所需的通道數量,必須先還要知道通信速率。通信速率由收發兩端各自接收/發送數據的驅動能力有關。通道速率的計算公式如下式所示:
$$Lane Rate = (M × S × N' × 10/8 × FC)/L$$
其中10/8是一個系數,表示數據8B/10B編碼之后會增加2位。以一個4通道,500MSPS采樣率,14位的AD為例,可以知道N’=16,S=1。假設器件支持的JESD204B協議的速率為12.5Gb/s,那么可以求得L=4的時候,速率為10Gb/s,這樣才不會超過速率的最大限制。
F表示每一幀的字節數(octets),計算公式如下:
$$F=(M×S×N')/(8×L)$$
同樣以上面AD為例,可以計算得出F=2,即每一幀傳輸中有2個字節的數據。
2. 組幀傳輸
上面介紹了連接所需參數,這節說明參數是如何體現在組幀和傳輸上面的。
通過上面的例子知道,此時JESD204B協議的一個字長是16,即4個nibble或2個通信字節。那么這2個字節是如何進行組幀並傳輸的呢?首先一幀數據在發送之前,先要經過8B/10B編碼,一個字節的數據經過一定的編碼規則轉換成10位的數據,如下圖所示。
例子中的AD有4個采樣通道,每一個通道的數據經過上圖編碼之后進入各自的傳輸通道,即4條通道(lanes),並且數據經過轉換后都是對齊出現在各自的通道上。如下圖所示顯示了4個轉換器器在4個傳輸通道上的映射關系。每一個采樣經過8B/10B編碼之后形成wor0和word1組成一幀數據在線路上進行串行傳輸。
同理,如果上述AD的其他參數不變,唯獨傳輸通道增加1倍,即8條lanes,意味着同一時刻可以傳輸2個采樣數據(word0和word1、word2和word3),如下圖所示。因為總的數據吞吐量不變,則意味着通信速率降低了一倍,從10Gb/s降為5Gb/s。在JESD204A協議中並不支持一個轉換器通過兩路通道傳輸數據的方式,直到204B才增加了這種方式的支持。總的來說速率和傳輸通道數的關系是,要保持低速率,則需增加通道數。
結合組幀的情況,再補充一個參數K,表示多幀模式下,一包數據中有多少幀,取值范圍是1-32。
3. 舉例
為了更加形象的說明組幀和傳輸形式,TI有一份文檔中給出了一些非常好的示意圖。
如圖所示,為一個8通道采樣,11位的AD,擁有4條傳輸通道,即M=8,N=11,L=4。根據上面的說明,N'=13(此處TI的定義和ADI的略有不同,ADI的定義下N'=16,但不影響理解),補充了2個控制位和3個尾位。要是同一幀的傳輸下,4條通道裝下8個轉換器的一個數據,需要設置F=4,即4個字節,每2個轉換器共用一個傳輸通道,各自傳輸2個字節的數據。這張圖一目了然的展示了連接參數對組幀方式的作用。
同一種AD芯片可能因為不同的參數設置而組成不同形式的傳輸幀。下圖TI給出芯片ADS42JB49的不同參數設置。
參考文獻
- 《Understanding JESD204B Link Parameter》
- 《JESD204B Overview》_TI