對(duì)高速信號(hào)8B10B編碼的初步認(rèn)識(shí)

2021-04-01 16:28:35

在高速鏈路中導(dǎo)致接收端眼圖閉合的原因，很大部分并不是由于高頻的損耗太大了，而是由于高低頻的損耗差異過(guò)大，導(dǎo)致碼間干擾嚴(yán)重，因此不能張開(kāi)眼睛。針對(duì)這種情況，前面有講過(guò)可以通過(guò)CTLE和FFE（包括DFE）均衡進(jìn)行解決，原理無(wú)非就是衰減低頻幅度或者抬高高頻幅度，從而達(dá)到在接收端高低頻均衡的效果。

隔了一段時(shí)間，不知道大家還記得我們這個(gè)約定嗎？不管你們記不記得，本人肯定沒(méi)有忘記哈?，F(xiàn)在就把這個(gè)關(guān)子拿出來(lái)講講，也就是今天要說(shuō)的編碼方式。說(shuō)到針對(duì)于NRZ數(shù)據(jù)的編碼方式，本人聽(tīng)過(guò)的有4B/5B，8B/10B，64B/66B，64/67B，128B/130B，128B/132B編碼（可能各位還有其他吧），不同的編碼方式針對(duì)于不同的信號(hào)協(xié)議，當(dāng)然效率也是不一樣的。

什么叫效率？在數(shù)據(jù)包傳送的術(shù)語(yǔ)叫開(kāi)銷，意思就是除了實(shí)際需要的數(shù)據(jù)之外的一些數(shù)據(jù)bit，例如冗余校驗(yàn)等。那大家看上面的編碼的數(shù)值比就知道了，例如8B/10B，要把8bit的實(shí)際數(shù)據(jù)擴(kuò)展為10B，那開(kāi)銷就是20%，效率就只有80%了，更通俗來(lái)說(shuō)就是增加了20%的非實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸。所以一個(gè)好的編碼方式，除了看它本身的算法優(yōu)化情況外，還要注重效率高不高。

本人將用兩期的篇章主要介紹下8B/10B和64/66B編碼方式，其他的主要都是由他們擴(kuò)展開(kāi)來(lái)的。那介紹完前面總體的情況后，進(jìn)入本期的主題，8B/10B編碼。

首先，為什么要編碼？原來(lái)的碼型有什么不好的地方嗎？其中最主要的原因用下面這個(gè)圖來(lái)進(jìn)行解釋：

大家看明白了吧，由于我們的串行鏈路中會(huì)有交流耦合電容，我們知道理想電容的阻抗公式是Zc=1/2πf*C，因此信號(hào)頻率越高，阻抗越低，反之頻率越低，阻抗越高。因此上面的情況，當(dāng)碼型是高頻的時(shí)候，基本上可以不損耗的傳輸過(guò)去，但是當(dāng)碼型為連續(xù)“0”或者“1”的情況時(shí)，電容的損耗就很大，導(dǎo)致幅度不斷降低，帶來(lái)的嚴(yán)重后果是無(wú)法識(shí)別到底是“1”還是“0”。因此編碼就是為了盡量把低頻的碼型優(yōu)化成較高頻的碼型，從而保證低損耗的傳輸過(guò)去。

上面解釋了原因，下面就介紹下這種8B/10B的編碼方式的算法。

如上圖，關(guān)于8B/10B編碼算法有下面幾點(diǎn)需要理解：

1，低5位（ABCDE）中間加一位，進(jìn)行5B/6B編碼，高三位（FGH）中間加一位，進(jìn)行3B/4B編碼；

2，編碼后的bit僅會(huì)出現(xiàn)這三種情況：5個(gè)“0”與5個(gè)“1”、4個(gè)“0”與6個(gè)“1”、6個(gè)“0”與4個(gè)“1”；

3，有兩個(gè)術(shù)語(yǔ)要知道：不均等性（disparity）和極性偏差（running disparity，RD）。

不均等性是指編碼后的碼型數(shù)據(jù)是“1”多還是“0”多，如果是“1”多，則極性偏差RD為-RD，如果是“0”多則為+RD。那定義+-RD有什么意義呢？+-RD代表著同一個(gè)碼型的兩種編碼方式。我們本身就是編碼的目標(biāo)就是為了緩解長(zhǎng)“0”或長(zhǎng)“1”的影響，因此在編碼后如果“1”多的話，我們下一次的編碼就要把這種碼型做一個(gè)修正，因此從-RD碼型變成+RD碼型。如果是“0”和“1”一樣多，極性則不用變，如下圖：