数据转换器的发展史与JESD204B接口设计

数据转换器的发展史与JESD204B接口设计

早在超高速数据转换器问世之前，业界便已意识到这项问题存在，因此推出串行化低电压差分讯号(LVDS)接口以降低互连数，这项接口排列并联总线后，提供LVDS位频率找回数据，但因为频率与数据路径的关系，路由仍是项问题。

延续串行化概念　标准规范持续修正

不过在此方案下，单一封装与单一频率内可包括多个数据转换器，至今仍有些应用藉由这种方式减少针脚数，例如德仪的ADC3445在单一48针脚、8平方厘米的封装内，包含四个125-Msample/s、14位ADC。

2008年4月，JEDEC推出A修正版，为高吞吐量增加通道，但仍需共同框架频率才能同步；2011年7月推出B修正版，提高线路速率至12.5Gb/s，并支持确定性延迟(对相位一致非常重要)，以及数据转换器同步的内部方式。

定义实体接口　提供更大信道

其他三种针脚也很重要：装置频率(DEVCLK)在早期修正版本称为「框架频率」、系统参考讯号(SYSREF)、主动低同步针脚(/SYNC)，依据装置模式不同，这些额外针脚可记录各项时间，如模拟转换，以及数据在数据转换器与处理组件之间的移动(图1)。

图1 多项JESD204B接口连接范例

数据转换器运用DEVCLK取得多项内部频率讯号，例如「内部框架频率」传输数据、「取样频率」记录转换时间、「地方多重框架频率」(LMFC)建立确定性延迟。SYSREF为相位参考讯号，在子类别内汲取LMFC(在子类别零或子类别二不使用)；/SYNC讯号可用于各子类别数据传输同步，以及子类别二的LMFC相位参考。

确立数据格式　传输更稳定

相较于简易串行化LVDS接口，JESD204B使用的模型近似于网络协议或开放系统接口(OSI)，其中每一层各有不同功能，编码端先后执行每一层的功能，接收端执行顺序则相反，以重建数据。

每一层发挥不同功能，让传输器与接收器数据通过更稳定，JESD204B标准共有传输、扰频(非必要，但建议使用)、数据链路、实体等四层。 传输层功能较复杂，将数据以8位为单位分组，在传输侧每个讯框内包含多个8位，而接收侧顺序则相反。对8位数据转换器相当简单，但对于11位数据转换器等其他组件则较为复杂，也会在串流内加入控制位，向接收器沟通状态信息(图2)。

图2 在此案例中，传输层可连结各层对抗应，在串流内植入控制位，向接收器沟通状态信息。

总而言之，数据转换器与处理组件建立链接时，会使用这四层，并且稳定地从发送器传输数据控制器数据及控制信息至接收器。

为达到向后兼容，JEDEC建立「子类别」概念，让界面可应用于各种运作模式，子类别零是与A修正版兼容的模式，但亦支持12.5Gb/s信道速率，这项模式与A修正版相同，支持多种同步数据转换器，但并不支持确定性延迟。

建立子类别　达到向后兼容

数据转换器之间的延迟或许固定，但启动时仍会变化，所以系统设计人员必须提供解决方案，判断个别数据转换器的数据何时会抵达FPGA或处理器，而且此模式并未使用SYSREF。子类别一提供确定性延迟，以及内部多重装置同步，同时使用内部讯框、地方多重框架频率及SYSREF频率讯号。数据转换器与处理组件的符号串行传输时，使用内部框架频率，而LMFC提供已知延迟的参考。

DEVCLK加上SYSREF讯号的相位决定内部框架频率与LMFC，由于在此模式中，DEVCLK与SYSREF关系密切，SYSREF必须与装置频率同步，进而限制配置，让两项讯号能够相符，不过因为子类别零之中的SYNC讯号，所以数据信道无须相符。

在子类别二之中，每项装置的内部框架频率与LMFC相同，与子类别一无异，但此时需要SYNC讯号达到同步与确定性延迟，在本模式中，SYNC讯号的相位可校准内部框架频率与LMFC，且必须与DEVCLK达到源同步。由于DEVCLK及/SYNC的时间需求严格，这项模式并不推荐用于极高采样率。

介绍完基本知识后，接着说明如何相连，让模拟讯号抵达或离开处理组件。数据转换开始前，必须先建立多项速率，许多工程师也在此迟疑，因为这项接口的组成选项众多，使用FPGA建立JESD204B接口也相当复杂。

建立连接以控制模拟讯号

达成代码组同步(CGS)后，/SYNC即可停止启动，在下一项非K28.5符号中，接收器就会校准讯框边界，也启动初始通道同步(ILA)序列，校准多条通道。即便具备扰频功能，这项序列也不受影响。ILA在传输器侧传输数据，长度为四项多重讯框，多重讯框以K28.0符号为起点(子序列起点)，并以K28.3符号为终点(信道校准子元)(图3)。

图3 接收器讯框边界校准完成后，会触发JESD204B最初通道同步。

四项多重讯框传输完成后，就会启动扰频，将用户数据传输至接收器，建议可善用许多信息转换器或FPGA JESD204B IP区块内建的诊断功能，许多都包含既有模式的传输选项，如斜波、正弦波等，此模式常使用数据转换器的完整动态范围，以仿真实际转换后的数据。

JESD204B标准远比本文介绍内容复杂许多，若不熟悉如何运作，本文或能提供接口建置部分见解，随着数据转换器速度提升，这项标准必将持续拓展，也增加吞吐量，满足使用这项接口的数据转换器复杂度及控制需求。

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