JESD204B介面與協議

2021-07-27 07:46:03 字數 3075 閱讀 1269

jesd204b協議

在使用最新模數轉換器(adc)和數模轉換器(dac)設計系統時,我已知道了很多有關jesd204b介面標準的資訊,這些器件使用該協議與fpga通訊。有乙個沒有深入討論的主題就是解決adc至fpga 和fpga 至dac鏈路問題的協議部分,這兩種鏈路本來就是相同的tx 至rx系統。作為一名應用工程師,所需要的就是了解其中的細微差別,這樣才能充分利用jesd204b通過現有lvds和cmos介面提供的優勢。

有了jesd204b,無需再:

● 使用資料介面時鐘(嵌入在位元流中)

● 擔心通道偏移(通道對齊可修復該問題)

● 使用大量i/o(高速序列解串器實現高吞吐量)

● 擔心用於同步多種ic的複雜方法(子類1 和2)

我們來考慮一種由adc 等數字源向fpga傳送數字資料的簡單情況。在正確傳送或接收資料之前,有幾件事必須要做,如圖1所示以及下文所說明的那樣。

圖 1  jesd204b 協議狀態圖

1. **組同步(cgs)- 不需要介面時鐘,因此rx必須將其數字及字邊界與tx序列輸出對齊。rx 可向tx傳送sync請求,讓其通過所有通道傳送乙個已知的重複位元序列,本例中每字元每k 是k28.5。確切的字元位元序列可在標準中找到。rx 將移動每個通道上的位元資料,直到找到4個連續的k28.5字元為止。這時,它不僅將知道位元及字邊界,而且已經實現了cgs。隨後,它會取消對sync的斷言,而tx和rx則都會進入下乙個狀態:初始通道對齊序列(ilas)。

2. ilas - jesd204b 協議的乙個良好特性可實現通過rx模組中的一些fifo/緩衝器吸收通道偏移。在實現cgs後,tx 可在每個通道上傳送已知的字元幀集合,稱為通道對齊序列(以每字元每r k28.0 開始,以每字元每a k28.3 結束)。收到對齊序列後,rx 會對資料進行fifo緩衝,直到所有通道都收到完整的對齊序列。由於已經知道了整個序列,因此通道隨後可重新對齊,這樣每個通道上的任何通道偏移都可通過fifo儲存器吸收,而且,通道隨後還可在相同的時間點、在rx 模組內釋放該資料。這可緩解為序列解串器通道提供匹配布局的需求,因為通道偏移可通過fifo儲存器吸收。

3. 使用者資料 - 在**組同步及通道對齊後,就可正確接收使用者資料。如果在該最後狀態時使用者資料無效,則需要重新啟動本過程,rx 會傳送乙個sync請求重新開始該過程。

在我們的日常生活中,資料業務的需求越來越大,隨之而來對於通訊設施等的頻寬要求越來越高。這就需要在一些裝置中用到高速的資料採集和資料處理。jesd204正是這樣一種用於高速資料採集的介面,目前主要用在adc和fpga之間的連線。

jesd204最初的版本在2023年4月發布,作為轉換器和接收器間的序列資料鏈路。如圖1所示,jesd204的結構非常簡單,轉換器和fpga之間只有一線連線,其速率最高能夠達到3.125gbps。

圖1  jesd204連線示意圖

jesd204 的第二個版本於2023年4月發布,命名為jesd204a。該版本對原有標準進行了擴充(如圖2所示),可以實現轉換器和接收器間多條資料線傳輸。

圖2  jesd204a連線示意圖

2023年8月,jesd204的第三個版本發布,命名為jesd204b。這一版本在jesd204a的基礎上進行了進一步的優化(如圖3所示)。jesd204b的時鐘不再採用frame時鐘,而是採用裝置時鐘,使得資料率最高能達到12.5gbps。

圖3  jesd204b連線示意圖

相比以往傳統的介面(如cmos、lvds等),jesd204b所帶來的好處主要有四點:第一,簡化系統設計。使用傳統的介面時,如果adc的通道數很多,adc與fpga之間的佈線將是非常密集的,且需要各通道的佈線長度相同——這一點實現相對麻煩——否則將可能使資料質量變差。用jesd204b則可以大大簡化adc與fpga之間的佈線。第二,減少管腳數目。和傳統的介面相比,jesd204b能大幅減少管腳數目,從而降低布板的成本,具體管腳數對比可參見下表。

第三,由於佈線更簡單、管腳數更小,因此,使用jesd204b將會使得封裝更小、更簡單。第四,jesd204b的資料率優勢將帶來大頻寬。如下所示的**是lvds和jesd204各版本在資料率等方面的對比。

目前,jesd204b主要用於轉換器和fpga之間的連線。此前轉換器與fpga之間常見的是lvds等傳統的介面,對於未來jesd204b是否會快速取代lvds等傳統的介面,adi公司華中區銷售經理張靖表示,jesd204b短時間內lvds和jesd204b還將共存。時下,jesd204b已經出現的主要應用場合包括:3g/4g無線基站等有著高頻寬要求的應用;雷達、無線電通訊;醫療影像等。針對這些應用,adi公司推出了一系列相關的jesd20b介面標準的產品。

ad9250是adi公司推出的一款提供jesd204b輸出的14位、250 msps、1.8v、雙通道adc產品。該產品具有良好的寬頻效能,低功耗,可以輕鬆與fpga連線。

圖4  ad9250結構框圖

adi公司還推出了ad6673器件,該產品是一款80 mhz頻寬雙通道if接收器,無需出口授權許可,可在中國市場**。ad6673的主要優勢在於其較小的尺寸,同時減少輸出引腳數,所需fpga i/o也更少。

圖5  ad6673結構框圖

JESD204B 協議解析和引數理解

目錄 1.概述 2.時鐘 3.同步協議 4.引數理解 在jesd204介面出現以前,數模轉換器的數字介面絕大多數是差分lvds的介面,這就造成了布板的困難,當pcb的密度很大的時候就需要增加板層從而造成製版的成本。但是jesd204需要進行嚴格的同步和時延的測量,介面邏輯會比lvds複雜。jesd2...

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