JESD204B协议、仿真

JESD204B协议

1、什么是JESD204B

JESD204B是一种针对ADC、DAC设计的传输接口协议。包括协议四层，分别为：物理层、链路层、传输层、应用层。

物理层：约束接口规范（SEDES CML）,串化，线速率等。

链路层：并行数据组帧（添加控制位 约束位），8B/10B编码，链路建立

传输层：链路建立后，传输ADC的数据，以半字节为单位。

应用层：用户解析ADC数据并使用

SERDES:串行器/解串器。它是一种主流的时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术。即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，提升信号的传输速度，从而大大降低通信成本。

CML：电流驱动的电平标准。

JESD204B与TTL，CMOS，LVDS等接口标准的区别：TTL，CMOS，LVDS都是物理层的电平标准，JESD204B在物理层上是SERDES接口，CML电平标准

2、ADC接口发展历史

从COMS ->LVDS ->JESD204B。

1）CMOS:如AD7606B（速度250k），CMOS单端，有16个数据引脚，D0-D15，熟读是几十M，跑到百兆的话信号不好。

2）LVDS:低压差分接口，优点是抗干扰强，底摆伏，速度快，但是需要的引脚多，存在信道偏移。如AD9230，速度为1.923G，数据通过差分引脚输出，FPGA中可以使用原语IBUFGS差分转单端信号。需要使用比较多的引脚，如16位的ADC，采样速率为500M，线速率为16*500=8000M=8G，8000M / 1923M=4.160，可以计算出需要使用5根线，加上是差分信号，需要10根线。(所谓的信道偏移，ADC通过引脚输入FPGA的数据不能同时到达，需要以最慢的那个为标准)

3）JESD204B：速度快，使用SERDES接口，CML标准，不存在信道偏移，引脚少，支持多片同步。

3、JESD204B接口信号

1）SEDOUT1~N:数据线

2）SYSREF:确定性延时多帧时钟

3）SYNC：同步信号

4、M,N,N’,F,K是什么意思

M:204B接口中转换器的数量，双通道（数据）ADC就是M=2，两个单通道（数据）ADC也是M=2.连接几个204B接口。

N:ADC的分辨率，12bit =ADC，N=12；16bit ADC ，N=16；

N’:以半字节为单位（4bit）的分辨率，如12bit 的ADC ，N’=12bit / 4=3;常用的有14bit、16bit，此时的N’=4，14bit也是用16bit来传输，空出来的2bit使用CS、T补位，CS是控制位，T是结束位；

F:每一帧中的字节数

K:多帧中包含多少个帧

下图就是配置IP过程的F和K参数：

5、基础知识

1）确定性延时：需要关注信道偏移的问题。从发送机发送数据快开始到接收器释放数据BUF时的这一段时间是确定的。

2） 8B/10B直流平衡：解决码元跳变问题，8B代表8bit，将8bit扩展为10bit，保证这个字节中0和1的数量是相等的。因此直流分量是0，所以在高速接口中都是交流耦合的。

3）CDR：时钟复位技术

4）GT收发器：xilinx器件的IP核

5）接收机缓冲区：接收器释放数据BUF-RDB(RX-delay-buf)

6）Lane：数据线

7）线速率：举例子AD9625，有8根数据线，12bit（12bit是以半字节为单位），采样速率为2.5G ,12bit时N’可以是3也可以是4，假设N’=4，那就是16bit ,总的线速率为16bit *2.5G/(0.8)=50G，每一根数据线的速率 50G/8根 = 6.25G，下图中subclass的值为6.25G刚好对得上。解码的时候会消耗2bit的效率，8/10=0.8，这就是0.8的由来。

7）时钟速率计算

线速率/40=6.25G/40=156.25 MHZ

8）LMFC：多帧时钟计数器：JESD204B以多帧为基础进行传输，在传输多帧期间，这个LMFC的计数器会进行累加，累加的范围为0到(F * K)/ 4- 1；这个计数器是用于同步发送器和接收器，当接收器接收到每根线路上的数据之后释放buf。通过SYNC信号进行同步

9）RBD：RX BUF DATA，全部接收完数据，释放buf

6、JESD204B协议时序解读

链路层分为3个阶段：

1）代码组同步CGS

a)接收到SYNC拉高之后，开始连续向接收机发送K码

b）校准LMFC计数器，和数据边界对齐

c）LMFC0 ~ ( F*K-1 )

d）保证链路参数是正确的，可以正常的传输数据；

2) 初始化通道对齐ILAS

a)主要是发ADC中的配置信息反馈给FPGA

b）由4个多帧组成，多帧开始符\R\，多帧结束符是\A\，其中配置信息包含在第二帧，1、3、4帧其中数据都不需要关心，自增信息。

3) 用户数据

这个阶段就是根据ADC手册进行接收ADC数据，并使用。

7、JESD204B IP核仿真步骤

建立工程后，按照下面图引出IP核

配置IP核：

1）

第一页配置后的参数：

2）第二页配置

3）第三页配置

4）第四页配置：

点击ok，这就配置完毕，接着右键ip核，加入官方的示例代码

然后就会加载响应的文件，vivado会自动开启一个新的窗口

点击运行仿真：

8、部分代码解析，波形查看

1）读版本号

对应波形的位置

2）下一个操作：在地址0x008处写1

对应波形的位置

3）下面的代码，设置相应的寄存器，寄存器的配置需要查看芯片手册：

4）同步信号：

同步完成对应的波形位置：

5）同步完成之后读十六进制地址为38的寄存器的数据

对应的波形，读到00010001这个数值之后代表同步完成了，sync信号确实是拉高了

6）最终得到的ADC数据

--晓凡 2023年12月27于武汉书
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