抓住JESD204B接口功能的关键问题

抓住JESD204B接口功能的关键问题

与现有接口格式和协议相比，JESD204B接口更复杂、更微妙，必须克服一些困难才能实现其优势。像任何其他标准一样，要使该接口比单倍数据速率或双倍数据速率CMOS/LVDS等常用接口更受欢迎，它必须能无缝地工作。虽然JESD204B标准由JEDEC制定，但某些特定信息仍需要阐明，或者可能散布于多个参考文献中。另外，如果有一个简明的指南能概要说明该标准、工作原理以及如何排除故障，无疑对使用者将极为有帮助。

JESD204B概述

JESD204B接口通过三个阶段来建立同步链路：代码组同步（CGS）、初始通道同步（ILAS）和数据传输阶段。链路需要以下信号：共享参考时钟（器件时钟），至少一个差分CML物理数据电连接（称为“通道”），以及至少一个其他同步信号（SYNC~和可能的SYSREF）。使用哪些信号取决于子类：

子类0使用器件时钟、通道和SYNC~。 子类1使用器件时钟、通道、SYNC~和SYSREF； 子类2使用器件时钟、通道和SYNC~。

子类0在许多情况下足以满足需求，因而是本文的重点。子类1和子类2提供了建立确定性延迟的方法，这在需要同步多个器件或需要系统同步或固定延迟的应用中非常重要，例如一个系统的某个事件需要已知的采样沿，或者某个事件必须在规定时间内响应输入信号。

图1显示了从发射器件（ADC）到接收器件（FPGA）的简化JESD204B链路，数据从一个ADC经由一个通道传输。

虽然JESD204B规范有许多变量，但某些变量对于链路的建立特别重要。这些关键变量如下所示（注：这些值通常表示为“X − 1”）：

M：转换器数。 L：物理通道数。 F：每帧的8位字节数。 K：每个多帧的帧数。

uN和N’：分别表示转换器分辨率和每个样本使用的位数（4的倍数）。N’的值等于N值加上控制和填充数据位数。

子类0：同步步骤

代码组同步（CGS）阶段

可以在链路上观察到的CGS阶段最重要部分如图2所示，图中5个突出显示的点说明如下。

/K28.5/字符在JESD204B标准中也称为/K/，如图3所示。标准要求直流平衡。利用8B/10B编码，可以实现平均而言包含等量1和0的平衡序列。每个8B10B字符可能具有正（1较多）或负（0较多）偏差，当前字符的奇偶性由先前发送的字符的极性偏差决定，这通常是通过交替发送正奇偶性字与负奇偶性字来实现。图中显示了/K28.5/符号的两种极性。

图1.JESD204B链路图：一个ADC通过一个通道与FPGA接口

图2.JESD204B子类0链路信号在CGS阶段的逻辑输出（假设有两个通道，一个器件含两个ADC）

图3.K28.5字符的逻辑输出以及它如何通过JESD204B Tx信号路径传播

重点注意以下几点：

串行值表示通过通道传输的10位的逻辑电平，可通过测量物理接口的示波器看到。 8B/10B值表示通过通道传输的逻辑值（10位），可通过测量物理接口的逻辑分析仪看到。 数据值和数据逻辑表示8B/10B编码前JESD204B收发器模块内符号的逻辑电平，可通过Xilinx ChipScope或Altera SignalTap等FPGA逻辑分析工具看到。 符号表示要发送的字符的十六进制值，注意PHY层的奇偶性。 字符表示JEDEC规范中所指的JESD204B字符。

ILAS阶段

ILAS阶段有4个多帧，允许接收器对齐来自所有链路的通道，以及验证链路参数。为了调和不同长度的走线以及接收器导致的字符偏斜，通道必须对齐。4个多帧紧紧相连（图4）。无论启用加扰链路参数与否，ILAS始终是无加扰传输。

SYNC信号从低电平变为高电平后，便进入ILAS阶段。发送模块内部跟踪到（ADC内部）一个完整多帧后，便开始发送4个多帧。在所需的字符中插入填充数据，以便传送完整的多帧（图4）。4个多帧包括：

多帧1：以/R/字符［K28.0］开始，以/A/字符［K28.3］结束。 多帧2：以/R/字符开始，后接/Q/ ［K28.4］字符，然后是14个配置8位字的链路配置参数（表1），最后以/A/字符结束。 多帧3：与多帧1相同。 多帧4：与多帧1相同。 帧长度可以利用JESD204B参数计算：

（S） ×（1/采样速率）。

含义：

（样本数/转换器/帧）×（1/样本速率）

示例：

采样速率为250 MSPS、每帧每转换器一个样本的转换器（注：在本例中“S”为0，因为它被编码为二进制值-1），其帧长度为4 ns。

多帧长度可以利用JESD204B参数计算：

含义：

（样本数/转换器/帧）×（帧数/多帧）×（1/采样速率）

示例：

采样速率为250 MSPS、每帧每转换器一个样本、每多帧有32帧的转换器，其多帧长度为128 ns。

数据阶段（使能字符替换）

在数据传输阶段，通过控制字符监控帧对齐。在帧的结尾处执行字符替换。在数据阶段，数据或帧对齐不会造成额外开销。字符替换允许在帧边界处发送对齐字符，唯一条件是当前帧的最后一个字符可以替换为上一帧的最后一个字符。这有利于（间或）确认自ILAS序列后，对齐未改变。

出现下列情况时，会对发送器执行字符替换：

若禁用了加扰，帧或多帧的最后一个8位字等于上一帧的8位字。 若使能了加扰，多帧的最后一个8位字等于0x7C，或帧的最后一个8位字等于0xFC。

发射器和接收器各自保持一个本地多帧计数器（LMFC），它持续计数到（F × K） − 1，然后绕回到“0”重新开始计数（忽略内部字宽）。向所有发送器和接收器发送一个公共（源）SYSREF，这些器件利用SYSREF复位其LMFC，这样所有LMFC应互相同步（在一个时钟周期内）。

图4.JESD204B 子类0链路信号在ILAS阶段的逻辑输出

图5./K/字符［K28.5］、/R/字符［K28.0］、/A/字符［K28.3］和/Q/字符［K28.4］图

表1.ILAS多帧2的CONFIG表（14个JESD204B配置参数8位字）

哪些方面会出错？

JESD204B可以说是一个复杂的接口标准，操作上有许多微妙之处。要找出不能正常工作的原因，需要对可能的情形有良好的了解：

陷入CGS模式：如果SYNC保持逻辑低电平；或者脉冲高电平持续时间少于4个多帧：

检查电路板，上电：

如果SYNC路径中有一个缓冲器/转换器，确保它正常工作。 确认SYNC~源和板上电路（SYNC+和SYNC-，若为差分）配置正确，产生符合SYNC~接收器件要求的逻辑电平。如果逻辑电平不兼容，应检查源和接收配置以找出问题，否则，请咨询器件制造商。 确认JESD204B串行发送器和板电路配置正确，产生符合JESD204B串行数据接收器要求的正确逻辑电平。如果逻辑电平不兼容，应检查电路的来源和接收配置以找出问题。否则，请咨询器件制造商。

检查SYNC~信号：

如果SYNC~为静态逻辑电平，链路将停留在CGS阶段。可能是所发送的数据有问题，或者JESD204B接收器未对样本进行正确解码。确认发送的是/K/字符，确认接收配置设置，确认SYNC~源，检查板电路，考虑过驱SYNC~信号并强迫链路进入ILAS模式，从而找出链路接收器和收发器问题。否则，请咨询器件制造商。 如果SYNC~为静态逻辑高电平，确认源器件是否正确配置了SYNC~逻辑电平。检查上拉和下拉电阻。 如果SYNC~脉冲变为高电平，然后返回逻辑低电平状态且持续时间少于6个多帧周期，则JESD204B链路会从CGS阶段前进到ILAS阶段，但会停留在后一阶段。这可能意味着/K/字符正确，CDR的基本功能正常。请参阅“ILAS故障排除”部分。 如果SYNC~变为高电平且持续时间大于6个多帧周期，则链路会从ILAS阶段前进到数据阶段，但会在后一阶段发生故障；相关故障排除提示请参阅“数据阶段”部分。

检查串行数据

■如果/K/字符正确，则表示链路的收发器端工作正常。

■如果/K/字符不正确，则表示收发器器件或电路板通道信号有问题。

若是直流耦合，确认发送器和接收器共模电压在器件的要求范围内。

■根据实施情况，发射器共模电压范围可能为490 mV至1135 mV。

■根据实施情况，接收器共模电压范围可能为490 mV至1300 mV。

确认数据通道上的发射器CML差分电压（注意，CML差分电压等于信号各侧电压摆幅的两倍）。

■对于3.125 Gbps及以下的速度，发射器CML差分电压范围为0.5 V p-p至1.0 V p-p。

■对于6.374 Gbps及以下的速度，发射器CML差分电压范围为0.4 V p-p至0.75 V p-p。

■对于12.5 Gbps及以下的速度，发射器CML差分电压范围为0.360 V p-p至0.770 V p-p。

确认数据通道上的接收器CML差分电压（注意，CML差分电压等于信号各侧电压摆幅的两倍）。

■对于3.125 Gbps及以下的速度，接收器CML差分电压范围为0.175 V p-p至1.0 V p-p。

■对于6.374 Gbps及以下的速度，接收器CML差分电压范围为0.125 V p-p至0.75 V p-p。

■对于12.5 Gbps及以下的速度，接收器CML差分电压范围为0.110 V p-p至1.05 V p-p。

如果存在预加重选项，应启用该选项并观察数据路径上的数据信号。 确认发射器与接收器的M和L值一致，否则数据速率可能不匹配。例如，M=2且L=2这种情况的预期串行接口数据速率是M=2且L=1这种情况的一半。 确保进入发射器和接收器的器件时钟已锁相且频率正确。

如果SYNC变为高电平且持续约4个多帧，则停留在ILAS模式：

链路参数冲突

■确认链路参数未偏移1（许多参数规定为值减1）。

■确认ILAS多帧传送正确，确认收发器件、接收器件和ILAS第二多帧传送的链路参数正确。

确认所有通道工作正常。确保不存在多通道/多链路冲突。

进入数据阶段但链路偶尔会复位（先返回CGS和ILAS阶段，再进入数据阶段）：

周期性或带隙周期性SYSREF或SYNC~信号的建立和保持时间无效。 链路参数冲突。 字符替换冲突。 加扰问题（如果启用）。 通道数据损坏、噪声或抖动可能迫使眼图闭合。 杂散时钟或器件时钟的抖动过大

关于排除链路故障的其他一般提示：

以允许的最低速度运行转换器和链路，这样就可以使用较容易获得的低带宽测量仪器。 设置允许的最少M、L、K、S组合 可能时使用测试模式 使用子类0来排除故障 排除故障时禁用加扰

本故障排除指南并未穷尽所有可能，但为使用JESD204B链路以及希望了解更多信息的工程师提供了一个很好的基本框架。

以上是JESD204B规范的概述，并提供了链路相关的实用信息。希望涉及到这一最新高性能接口标准的工程师能从中获益，并对排除故障有所帮助。

Anthony Desimone是ADI公司高速转换器部门的应用工程师。他拥有马萨诸塞大学洛厄尔分校电气工程学士学位和塔夫斯大学电气工程硕士学位。

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