對高速信號8B10B編碼的初步認識

在高速鏈路中導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大，導致碼間干擾嚴重，因此不能張開眼睛。針對這種情況，前面有講過可以通過CTLE和FFE（包括DFE）均衡進行解決，原理無非就是衰減低頻幅度或者抬高高頻幅度，從而達到在接收端高低頻均衡的效果。

隔了一段時間，不知道大家還記得我們這個約定嗎？不管你們記不記得，本人肯定沒有忘記哈。現(xiàn)在就把這個關子拿出來講講，也就是今天要說的編碼方式。說到針對于NRZ數(shù)據(jù)的編碼方式，本人聽過的有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于不同的信號協(xié)議，當然效率也是不一樣的。

什么叫效率？在數(shù)據(jù)包傳送的術語叫開銷，意思就是除了實際需要的數(shù)據(jù)之外的一些數(shù)據(jù)bit，例如冗余校驗等。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的實際數(shù)據(jù)擴展為10B，那開銷就是20%，效率就只有80%了，更通俗來說就是增加了20%的非實際數(shù)據(jù)的傳輸 。所以一個好的編碼方式，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展開來的。那介紹完前面總體的情況后，進入本期的主題，8B/10B編碼。

首先，為什么要編碼？原來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圖來進行解釋：

大家看明白了吧，由于我們的串行鏈路中會有交流耦合電容，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，當碼型是高頻的時候，基本上可以不損耗的傳輸過去，但是當碼型為連續(xù)“0”或者“1”的情況時，電容的損耗就很大，導致幅度不斷降低，帶來的嚴重后果是無法識別到底是“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，關于8B/10B編碼算法有下面幾點需要理解：

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

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

3， 有兩個術語要知道：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代表著同一個碼型的兩種編碼方式。我們本身就是編碼的目標就是為了緩解長“0”或長“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：

4， 我們怎么知道編碼后映射成什么碼型呢？因此會有一個專門的編碼表，我們只需要在上面找到我們的原始碼型，然后就一目了然了。編碼表如下所示（部分截圖）：

說了那么多，還不如舉個例子更直觀。

我們以上面的D3.0碼型進行仿真驗證：

原始的碼型如下：

仿真得到8B/10B編碼后的碼型如下：

對照上面的編碼表，結果完全相同，從RD-的模型出發(fā)，編碼后RD-的碼型“1”比較多，因此極性變成RD+的編碼碼型，接著RD+的編碼碼型“0”比較多，極性又變回RD-，因此碼型就是RD-和RD+之間循環(huán)下去。

通過上面的介紹，大家對8B/10B編碼有一個初步的認識了吧。