JESD204A/JESD204B串行接口行業(yè)標準旨在解決以高效和節(jié)省成本的方式將最新的寬帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與其他系統(tǒng)IC互連的問題。其動機是標準化接口，通過使用可擴展的高速串行接口，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與其他設(shè)備（如現(xiàn)場可編程門陣列（FGPA）和片上系統(tǒng)（SoC））設(shè)備）之間的數(shù)字輸入/輸出數(shù)量。

趨勢表明，新應(yīng)用以及現(xiàn)有應(yīng)用的進步正在推動對采樣頻率和數(shù)據(jù)分辨率越來越高的寬帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的需求。與這些寬帶轉(zhuǎn)換器之間傳輸數(shù)據(jù)會帶來重大的設(shè)計問題，因為現(xiàn)有I/O技術(shù)的帶寬限制迫使轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品需要更高的引腳數(shù)。因此，系統(tǒng)的PCB設(shè)計在互連密度方面變得越來越復雜。挑戰(zhàn)在于路由大量高速數(shù)字信號，同時管理電噪聲。提供具有GSPS采樣頻率的寬帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的能力，使用更少的互連，簡化了PCB布局挑戰(zhàn)，并允許在不影響整體系統(tǒng)性能的情況下實現(xiàn)更小的外形尺寸。

市場力量繼續(xù)要求在給定系統(tǒng)中提供更多特性、功能和性能，從而推動了對更高數(shù)據(jù)處理能力的需求。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器-FPGA接口已成為一些系統(tǒng)OEM滿足其下一代數(shù)據(jù)密集型需求的限制因素。JESD204B串行接口規(guī)范專門用于通過尋址這一關(guān)鍵數(shù)據(jù)鏈路來幫助解決此問題。圖1顯示了使用JESD204A/JESD204B的典型高速轉(zhuǎn)換器-FPGA互連配置。

圖1.采用 JESD204A/JESD204B 接口的典型高速轉(zhuǎn)換器至 FGPA 互連配置（來源：Xilinx）。?

推動該規(guī)范部署的一些關(guān)鍵終端系統(tǒng)應(yīng)用，以及串行低壓差分信號（LVDS）和JESD204B之間的對比，是本文其余部分的主題。

推動對JESD204B需求的應(yīng)用

無線基礎(chǔ)設(shè)施收發(fā)器

當今無線基礎(chǔ)設(shè)施收發(fā)器中使用的基于 OFDM 的技術(shù)（如 LTE）使用在 FPGA 或 SoC 設(shè)備上實現(xiàn)的 DSP 模塊驅(qū)動天線陣列元件，為每個用戶的手機生成波束。每個陣列元件都需要在發(fā)送或接收模式下每秒在FPGA和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間移動數(shù)百兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。

軟件定義無線電

當今的軟件定義無線電利用先進的調(diào)制方案（可動態(tài)重新配置）和快速增加的信道帶寬，以提供前所未有的無線數(shù)據(jù)速率。天線路徑中的高效、低功耗、低引腳數(shù)FPGA至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接口對其性能起著關(guān)鍵作用。軟件定義無線電架構(gòu)是多載波、多模無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分，支持 GSM、EDGE、W-CDMA、LTE、CDMA2000、WiMAX 和 TD-SCDMA。

醫(yī)療成像系統(tǒng)

包括超聲、計算斷層掃描 （CT） 掃描儀、磁共振成像 （MRI） 在內(nèi)的醫(yī)學成像系統(tǒng)可生成許多數(shù)據(jù)通道，這些數(shù)據(jù)通道通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器流向 FPGA 或 DSP。 不斷增加的 I/O 數(shù)量要求使用中介層來匹配 FPGA 和轉(zhuǎn)換器引腳排列，從而增加了 PCB 的復雜性，從而推動了組件數(shù)量。這為客戶的系統(tǒng)增加了額外的成本和復雜性，而更高效的JESD204B接口可以解決這一問題。

雷達和安全通信

當今先進的雷達接收機上日益復雜的脈沖結(jié)構(gòu)正在將信號帶寬推向1 GHz或更高。最新一代有源電子縮放陣列（AESA）雷達系統(tǒng)可能有數(shù)千個元件。需要基于SERDES的高帶寬串行接口將陣列元件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接到處理傳入和生成傳出數(shù)據(jù)流的FPGA或DSP。

串行LVDS與JESD204B的比較

在LVDS系列和JESD204B接口之間進行選擇

為了在使用LVDS或各種版本的JESD204串行接口規(guī)格的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品之間進行最佳選擇，比較每個接口的特性和功能是有用的。表 1 中提供了簡短的表格比較。在SERDES級別，LVDS和JESD204之間的顯著區(qū)別是通道數(shù)據(jù)速率，與LVDS相比，JESD204支持每通道串行鏈路速度的三倍以上。在比較多器件同步、確定性延遲和諧波時鐘等高級特性時，JESD204B是唯一提供此功能的接口。需要寬帶寬多通道轉(zhuǎn)換器且對所有通道和通道的確定性延遲敏感的系統(tǒng)將無法有效使用 LVDS 或并行 CMOS。

LVDS 概述

LVDS是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與FPGA或DSP接口的傳統(tǒng)方法，LVDS于1994年推出，旨在提供比現(xiàn)有RS-422和RS-485差分傳輸標準更高的帶寬和更低的功耗。隨著1995年TIA/EIA-644的發(fā)布，LVDS實現(xiàn)了標準化。LVDS的使用在1990年代后期有所增加，隨著2001年TIA/EIA-644-A的發(fā)布，該標準進行了修訂。

LVDS使用具有低電壓擺幅的差分信號進行高速數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)射器通常驅(qū)動±3.5 mA電流，極性與邏輯電平相匹配，通過100 Ω電阻發(fā)送，在接收器處產(chǎn)生±350 mV電壓擺幅。始終導通的電流沿不同方向布線，以產(chǎn)生邏輯 1 和 0。LVDS的始終開啟特性有助于消除在單端技術(shù)中晶體管打開和關(guān)閉時有時會發(fā)生的同步開關(guān)噪聲尖峰和潛在電磁干擾。LVDS的差分特性也提供了對共模噪聲源的相當大的抗擾度。TIA/EIA-644-A 標準建議最大數(shù)據(jù)速率為 655 Mbps，盡管它預測理想傳輸介質(zhì)的速度可能超過 1.9 Gbps。

FPGA或DSP與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間數(shù)據(jù)通道數(shù)量和速度的大幅增加，特別是在前面描述的應(yīng)用中，給LVDS接口帶來了一些問題（見圖2）。在現(xiàn)實世界中，差分LVDS線的帶寬限制在約1.0 Gbps。在許多當前應(yīng)用中，這就產(chǎn)生了對大量高帶寬PCB互連的需求，每個互連都是潛在的故障點。大量的走線也增加了PCB的復雜性或整體外形尺寸，從而提高了設(shè)計和制造成本。在某些應(yīng)用中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接口成為在帶寬密集型應(yīng)用中實現(xiàn)所需系統(tǒng)性能的限制因素。

圖2.使用并行CMOS或LVDS的系統(tǒng)設(shè)計和互連方面的挑戰(zhàn)。

JESD204B 概述

JESD204數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器串行接口標準由JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會JC-16接口技術(shù)委員會創(chuàng)建，旨在為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提供更高速的串行接口，以增加帶寬并減少高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與其他設(shè)備之間的數(shù)字輸入和輸出數(shù)量。該標準基于IBM開發(fā)的8b/10b編碼技術(shù)，該技術(shù)消除了對幀時鐘和數(shù)據(jù)時鐘的需求，能夠以更高的速度實現(xiàn)單線對通信。

2006年，JEDEC發(fā)布了針對單個3.125 Gbps數(shù)據(jù)通道的JESD204規(guī)范。JESD204接口是自同步的，因此無需校準PCB走線的長度以避免時鐘偏差。JESD204利用許多FPGA上提供的SERDES端口來釋放通用I/O。

JESD204A于2008年發(fā)布，增加了對多個時間對齊數(shù)據(jù)通道和通道同步的支持。這種增強功能使得使用更高帶寬的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和多個同步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通道成為可能，對于蜂窩基站中使用的無線基礎(chǔ)設(shè)施收發(fā)器尤其重要。JESD204A還提供多器件同步支持，這對于使用大量ADC的器件（如醫(yī)療成像系統(tǒng)）非常有用。

JESD204B是該規(guī)范的第三個修訂版，將最大通道速率提高到12.5 Gbps。 JESD204B還增加了確定性延遲，可在接收器和發(fā)射器之間傳達同步狀態(tài)。JESD204B中也引入了諧波時鐘，使得從具有確定性相位的低速輸入時鐘獲得高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時鐘成為可能。

結(jié)論

JESD204B工業(yè)串行接口標準減少了高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與FPGA和其他器件之間的數(shù)字輸入和輸出數(shù)量。更少的互連簡化了布局，并有可能實現(xiàn)更小的外形尺寸（參見圖 3）。這些優(yōu)勢對于各種高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用非常重要，例如無線基礎(chǔ)設(shè)施收發(fā)器、軟件定義無線電、醫(yī)療成像系統(tǒng)以及雷達和安全通信。ADI公司是JESD204標準委員會的原始參與成員，我們同時開發(fā)了兼容的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)和工具以及全面的產(chǎn)品路線圖。通過為客戶提供將我們的尖端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)與JESD204A/JESD204B接口相結(jié)合的產(chǎn)品，我們希望使客戶能夠解決他們的系統(tǒng)設(shè)計問題，同時利用這一重大的接口突破。

圖3.JESD204具有高速串行I/O功能，解決了系統(tǒng)PCB復雜性挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷