JCOM：JESD204C 标准的通道一致性方法

作者：CRISTIAN FILIP，板系统部产品架构师 Mentor Graphics，西门子公司

联合电子设备工程委员会 (JEDEC) 标准组织一直致力于 JESD204 串行接口规范的第四版，该规范最近获得了 JEDEC 董事会投票 JCB-17-43 的批准。该标准于 2018 年初发布，定义了将模数 (ADC) 和数模 (DAC) 数据转换器连接到 FPGA 和 ASIC 等逻辑器件的高速串行接口的要求。

该标准的修订版 C 将最大数据速率从 12.5 Gbps 提高到 32 Gbps，并增加了对两个附加链路层的支持：64B/66B 和 64B/80B。至于规范的先前版本，这些变化是由于需要具有更少差分 I/O、更低成本和降低互连复杂性的更小器件封装。

在本文中，我们将回顾 JESD204C 标准中与通道合规方法相关的一些关键方面。

物理层规范JESD204C 规范分为多个文档，每个文档都定义了各种通信层的各个方面。互连的物理层在 JESD204-100 文档中进行了描述，该文档指定了分为两类的六类链路。B 类包括 B-3、B-6 和 B-12，每一种都具有不同的最大数据速率。

三个 C 类类别——CS(hort)、CM(edium) 和 CR(elective)——具有相同的 32 Gbps 最大数据速率，但根据通道的插入损耗特性携带不同的最小参考均衡架构。C 类的发射器、接收器和通道合规方法基于 IEEE 802.3 通道工作裕度 (COM) 的变体，称为 JESD 通道工作裕度 (JCOM)。

IEEE 802.3 COMCOM 是一种新兴的合规方法，适用于以高数据速率运行的通道。它是在 IEEE 802.3bj 标准中引入的，并很快被同一文档的更新版本和其他标准化委员会（如 OIF-CEI、光纤通道和 JEDEC）所接受。

COM 计算算法在数学上是统计分析的一个子集，它使用来自受害通道和攻击通道的 s 参数的单比特脉冲响应。该算法在 IEEE Std 中有详细描述。802.3 附件 93A 涉及多个步骤，可分为三个主要组：

1. 频域 (FD) 转换和时域 (TD) 转换 2. TD 信号处理和优化 3. 最终 COM 计算

计算过程从受害路径的通道四端口散射参数以及从测量、电磁仿真等中获得的所有重要的非外来串扰干扰源开始。这些模型被转换为差分模式，然后与通用封装模型级联和单端终端，以促进受害和攻击信号路径的电压传递函数。

接下来，通过将非均衡传递函数与 FFE 和 CTLE 传递函数相乘，应用发送器前馈均衡 (FFE) 和接收器连续时间线性均衡 (CTLE)。

均衡的传递函数通过快速傅里叶逆变换 (IFFT) 转换为单比特响应 (SBR)。SBR 采用发射 (Tx) 和接收 (Rx) 均衡的优化组合，基于标准中定义的最小参考要求和信噪比 ( SNR) 优化品质因数 (FOM)。噪声和抖动通过对从符号间干扰 (ISI) 和串扰中获得的幅度分布进行卷积而包含在计算中。

最终结果是 die-to-die FOM，定义为信号幅度峰值干扰与统计噪声幅度的分贝比，以分贝表示：

这里，A S 是信号的幅度，A ni是对于由 DER 0 表示的给定目标检测器误差比的采样点处噪声的峰峰值幅度。如果计算出的 COM 值大于特定阈值（通常在 2-dB 到 3-dB 范围内），则认为该通道是合规的。包含此阈值是为了考虑 COM 算法中未考虑的各种损伤。

接收路径中可以包含一个可选的前向纠错 (FEC) 块，以识别和纠正一些比特错误。包含 FEC 的通道对 DER 0的要求不那么严格 （图 1）。

图 1：IEEE COM 分析报告示例。

与完整的统计模拟器相比，COM 建立在简化算法和提高其性能所需的几个假设之上。受这些简化影响的一些领域是输入抖动和串扰贡献的计算。此外，COM 仅考虑基于两种长短传输线模型的两种封装变化。

它还将固定 FFE 架构限制为两个或三个可变抽头系数，并将 CTLE 实现限制为两个或三个极点和一个或两个零点。JCOM 正在解决其中一些限制，允许自定义设备封装和收发器模型与 COM 算法一起使用。

JESD COM在 JCOM 中，Tx 和 Rx 模型与计算算法分离，标准描述了模型开发人员用来与算法通信的强制接口。此外，与 IEEE 802.3 COM 相比，收发器和封装模型中包含了许多改进。其中，收发器的输出/输入阻抗被建模为与频率相关的回波损耗，而不是恒定电阻。

此外，模型制造者在模拟中使用的封装散射参数方面具有完全的自由度。FFE、CTLE 和决策反馈均衡 (DFE) 封装在设备模型中，可以报告可用设置的数量（图 2）。

图 2：JCOM 分析报告示例。

JCOM 中的一个新概念与包含器件特性的通道有关，例如上升/下降时间滤波器、终端和封装。计算算法类似于 IEEE 802.3 COM 中的算法，但均衡优化是针对发送器/接收器通道和发送器上升/下降时间的每种可能组合执行的。JCOM 被计算为所有这些组合的最小值，并将其与 2-dB 阈值进行比较以进行通道合规性检查。

结论尽管 COM 和 JCOM 算法得到了简化，但与基于频域的指标和 IBIS-AMI 模拟相比，这些合规性方法具有几个优势：

支持损耗、反射、串扰和设备规格之间的权衡

即使设备特定模型不可用，也允许在设计周期的早期进行解决方案空间探索

消除与 IBIS-AMI 模拟相关的所有复杂性，这些复杂性可能会让许多用户感到恐惧

COM/JCOM 仿真速度更快，使其更适合大型设计的布局后筛选阶段

可通过多项式混沌扩展 (PCE) 方法和实验设计 (DOE) 研究有效地用于预测大批量制造 (HVM) 公差的性能

要采用 JESD204C 标准，它需要满足所有利益相关者的需求和要求，包括芯片和 EDA 供应商以及系统集成商等最终用户。虽然提供的 Tx/Rx 参考模型可用于互操作性测试，如 COM，但 JCOM 已经设定了雄心勃勃的目标，即通过添加对自定义设备和封装模型的支持来提高仿真的准确性（与 COM 相比）。

审核编辑 黄昊宇