PRBS碼到底是啥玩意？

2017-10-17 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

之前一直在講高速串行的協(xié)議,MAC,PHY,PMD層,PMA層嗎,PCS層。。。看大家回答的數(shù)量也不是很多,弱弱的問(wèn)一句大家都消化了嗎?的確,講到各個(gè)層的功能,數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)部如何去運(yùn)作協(xié)調(diào)這方面的確有點(diǎn)高深。其實(shí)坦白說(shuō)哈,作為同組的一員,我也對(duì)上面的文章和劉工深感佩服(點(diǎn)贊點(diǎn)贊)。

既然上層的東西不那么好理解的話(huà),我們還是說(shuō)回點(diǎn)接地氣的吧。我們知道,無(wú)論上層如何運(yùn)作,最終還是要去到物理層上面去,最終我們的數(shù)據(jù)就在上面?zhèn)鬏?而傳輸?shù)姆绞骄褪歉鞣N不同速率的碼型。從本期開(kāi)始,我們將介紹下關(guān)于碼型的一些東西。

PRBS:Pseudo-Random Binary Sequence,中文翻譯叫做偽隨機(jī)二進(jìn)制序列,江湖人簡(jiǎn)稱(chēng)它為偽隨機(jī)碼。做過(guò)測(cè)試的朋友們都應(yīng)該特別熟悉,就是使用PRBS這種偽隨機(jī)碼進(jìn)行高速串行通道的測(cè)試,主要是測(cè)試誤碼率的情況,例如我們常用的一些協(xié)議,PCIE,USB,以太網(wǎng)或者下圖的光模塊的測(cè)試等……

當(dāng)然我們信號(hào)高速串行信號(hào)仿真的時(shí)候,也會(huì)有各種prbs碼型進(jìn)行,一個(gè)10G-SFP+光模塊PCB通道的仿真模型如下:

為什么業(yè)界公認(rèn)選擇這種prbs碼型進(jìn)行測(cè)試(仿真)呢?主要原因是這種碼型與真實(shí)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸情況非常接近。因?yàn)樵谡鎸?shí)情況中,所以的數(shù)據(jù)組合都是隨機(jī)出現(xiàn)的,沒(méi)有任何規(guī)律可言。而PRBS 的碼流在很大程度上具有這種“隨機(jī)數(shù)據(jù)”的特性,“0”和“1”隨機(jī)出現(xiàn),這種碼流的頻譜特征和白噪聲非常接近,所謂“白噪聲”就是在一個(gè)比較寬的頻域里功率密度譜均勻分布,也就是所有的頻率都具有相同的能量,因此該碼型能夠模擬各種不同頻率數(shù)據(jù)組成的情況,使測(cè)試更符合真實(shí)的情況。

那prbs這種隨機(jī)碼真的就是沒(méi)有任何規(guī)律的嗎??當(dāng)然不是,不然的話(huà)為什么還要分prbs1-31那么多種呢。之所以要叫偽隨機(jī)碼,其實(shí)就是碼流在周期內(nèi)部是隨機(jī)的,但是在各個(gè)周期里面又是完全相同的。咋一看,好像說(shuō)了等于沒(méi)有,大家可能有疑問(wèn),在周期內(nèi)部是隨機(jī)的,那不還是隨機(jī)嘛?其實(shí)這個(gè)隨機(jī)是要打個(gè)問(wèn)號(hào)的,正確來(lái)說(shuō)是“有順序的隨機(jī)”。所謂順序就是通過(guò)不同階數(shù)的prbs碼來(lái)體現(xiàn),例如,我們常用的有階數(shù)7、9、11、15、20、23、31,也就是我們常說(shuō)的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。

前面說(shuō)了,不同的階數(shù)會(huì)有不同的碼型,那它們之間有什么規(guī)律呢?不同階數(shù)是怎樣生成碼型的呢?我們以PRBS3進(jìn)行說(shuō)明。

PRBS碼型是由PRBS碼型發(fā)生器產(chǎn)生的,下面是一個(gè)簡(jiǎn)單發(fā)生器的示意圖:

架構(gòu)很簡(jiǎn)單,就由兩部分組成:移位寄存器和異或運(yùn)算器。首先移位寄存器,顧名思義作用就是移位,1個(gè)bit發(fā)送后,把下一個(gè)bit推向前準(zhǔn)備發(fā)送;異或運(yùn)算,簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是兩個(gè)不一樣就是“1”,兩個(gè)一樣就是“0”,因此有“1”和“1”是0,“0”和“0”是0,“1”和“0”是1。那像上面這個(gè)PRBS3發(fā)生器,進(jìn)行異或的位是第二位和第三位,因此用一個(gè)多項(xiàng)式命名它,叫做1+X2+X3。

這樣我們可以開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算了。首先我們有一個(gè)初始狀態(tài)“111”。我們就有了下面這么一個(gè)計(jì)算過(guò)程(畫(huà)得不好,大家看內(nèi)容就好)。簡(jiǎn)單說(shuō)明一下,紅色為異或運(yùn)算過(guò)程,藍(lán)色為每次移位后的bit,綠色為輸出的數(shù)據(jù)bit,紫色說(shuō)明繞一圈之后又回到了原先,循環(huán)了一次。

經(jīng)過(guò)本文之后,大家是不是對(duì)感覺(jué)很高深神秘的prbs碼型有了更接地氣的認(rèn)識(shí)和理解了呢?當(dāng)然,本文舉例的prbs3是比較簡(jiǎn)單的,感覺(jué)它沒(méi)經(jīng)過(guò)幾位就可以循環(huán)一次了,大家推導(dǎo)起來(lái)也比較方便。

問(wèn)題來(lái)了

如果是prbs7、prbs15呢?它們循環(huán)一次需要多少個(gè)bit呢?那……拓展到prbsN呢?

轉(zhuǎn)自:一搏科技高速先生黃剛 | 文

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