在無線電系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字波束成形，需要同時采樣天線陣列的低層信號,。這需要保存信號到達(dá)每個天線節(jié)點(diǎn)的空間信息。雖然這種方案復(fù)雜度較高,，會帶來額外的功耗,，但其也具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：

　　·高信噪比（SNR）幫助提高無線鏈接容量，從而增加信號范圍

　　·使用天線陣列的空間特性避免干擾,。因為干擾來自某個特定方向,，波束成形算法可使用零位技術(shù)消除干擾。

　　·高效率,、大容量的無線鏈路意味著雷達(dá)系統(tǒng)可同時追蹤多個目標(biāo),，或移動電話網(wǎng)絡(luò)可支持多個通話。

　　今天,，很多應(yīng)用使用波束成形,，或者至少需要同步采樣。但是,，在GHz頻率下工作時,，IC和板級的信號的傳播時間都非常重要。PCB走線被用于傳輸線,，因此需保證信號線長度匹配以保持相位信息,。每厘米的線長將增加60到75ps的傳遞時間。將其與6GHz采樣時鐘的166ps時鐘周期相比,，可以看出板級的效應(yīng)會極大影響設(shè)計,。這解釋了為什么在高速采樣系統(tǒng)中PCB布線是一個關(guān)鍵的因素。但是,，還有另外一個因素會使設(shè)計變得困難,，這個因素和時域有關(guān)，稱為亞穩(wěn)態(tài),。

　　同步鏈為ESIstream帶來確定的延遲

　　亞穩(wěn)態(tài)描述了數(shù)字電路中的一種不確定的狀態(tài),，隨著采樣率的提高，它成為了潛在的系統(tǒng)時序問題的一個重要原因,。用戶需用同步的方法對抗亞穩(wěn)態(tài),，這正是引入同步鏈的方案的原因。

　　用戶需要一種可靠且簡單的同步時序?qū)崿F(xiàn)方法,。在Teledyne e2v,，確定性同步圍繞著一對事件驅(qū)動的差分電信號建立：同步和同步輸出信號（SYNCTRIG和SYNCO）。這些信號保證目標(biāo)轉(zhuǎn)換器的時序系統(tǒng)可被復(fù)位,，并且所有的數(shù)字子系統(tǒng)都被恰當(dāng)?shù)劓i定到主參考時鐘,。另外，這種同步方案可擴(kuò)展到大系統(tǒng)中的多個ADC,。

　　這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于非常簡單——它無需額外的時鐘信號,，可保證系統(tǒng)生命周期內(nèi)多個并行通道的同步,。一旦設(shè)計完成準(zhǔn)備生產(chǎn)，可使用一個訓(xùn)練序列建立正確的系統(tǒng)同步,。如果環(huán)境條件變化，比如溫度或電壓變化,，系統(tǒng)時序參數(shù)保持不變,。同步鏈提供了一個非常可靠的同步源,，這對產(chǎn)品量產(chǎn)是一個巨大的優(yōu)勢,。

　　然后，為了實現(xiàn)確定性延遲,，在ESIstream鏈路的接收端有一個簡單的計數(shù)器和接收彈性緩沖,，用于補(bǔ)償傳遞過程的最大線路延遲不確定度。

　　FPGA內(nèi)部的計數(shù)器模塊計算SYNCTRIG上升沿事件和“所有線路接收準(zhǔn)備好”事件之間的Rx的時鐘數(shù),。這些信息和彈性接收緩沖允許整個系統(tǒng)的接收數(shù)據(jù)對齊,。這樣，利用ESIstream的產(chǎn)品帶有的信號鏈功能,，將確定性行為擴(kuò)展到整個使用ESIstream的系統(tǒng)中的方法是可行的,。

　　ESIstream VHDL模塊——發(fā)展的目標(biāo)

　　為了使ESIstream更加易于使用，Teledyne e2v的提出者Teledyne e2v 在 2018 年底啟動了一個項目,，研發(fā)ESIstream Tx和Rx的IP模塊,，用于行業(yè)內(nèi)FPGA廠家（包括Xilinx和Intel）提供的通用FPGA。IP將支持不同的運(yùn)行速度,，且適用于包括宇航級在內(nèi)的不同等級的應(yīng)用,。毋庸置疑，IP的重點(diǎn)在于為Teledyne e2v現(xiàn)有的產(chǎn)品系列提供匹配的性能,。為了實現(xiàn)這個固定功能的IP,，Teledyne e2v在底層做了很多工作以動態(tài)定義可配置的線速率模塊，包含一系列廣泛的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率,，并支持更多可定義的功能,。

　　串行化的未來

　　Teledyne e2v未來的開發(fā)計劃還包括用于ESIstream物理層的光纖應(yīng)用。光纖允許轉(zhuǎn)換器被放置在距離FPGA很遠(yuǎn)的地方,，而不是基于銅線的接口（PCB走線或同軸電纜）,。通過將兩塊Xilinx VC709評估板使用四個SFP（小型可插拔）光線路連接并運(yùn)行在6Gsps的速度，證明了上述的特性,。

　　在經(jīng)過完整的測試和認(rèn)證后,，VHDL代碼模塊將被放置在網(wǎng)站上，供用戶免費(fèi)下載,。

　　ESIstream和JEDEC對比

　　ESIstream的系統(tǒng)級優(yōu)點(diǎn)可簡單概括如下：

　　·無需每個器件的LMFC時鐘,，無需LMFC時鐘的對齊操作,。

　　·當(dāng)使用單個器件或采用同步鏈同步多個器件時，無需考慮ESIstream同步信號的PCB線長匹配,。

　　·無需SYSREF,，因此與JESD204B相比，ESIstream降低了硬件復(fù)雜度,，實現(xiàn)了確定性操作,。

　　·ESIstream系統(tǒng)中的確定的同步行為是通過一種叫做同步訓(xùn)練的特性（請參考其他文檔）實現(xiàn)的。ESIstream僅需要一次系統(tǒng)的訓(xùn)練,。一旦得到延遲參數(shù),，對于給定的設(shè)計這些延遲參數(shù)將維持不變。這意味著ESIstream是一種易于量產(chǎn)化的接口,。

　　結(jié)語

　　JESD204B子集1和2里描述的JEDEC數(shù)據(jù)串行化方法似乎解決了多通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的確定性操作的挑戰(zhàn),。這在一定程度上無疑是正確的，但是通常被忽視的是設(shè)計師在處理復(fù)雜傳輸和規(guī)格物理層需求時遇到的眾多挑戰(zhàn),。

　　工程師通常認(rèn)為用于信號處理SoC（FPGA或ASIC）的JESD204B許可證和核心IP可幫助解決大多數(shù)設(shè)計上的問題,。但是，據(jù)報道,，很多事實和經(jīng)驗表明,，JESD204B引入的多域時鐘復(fù)雜度的時序約束，給PCB的設(shè)計帶來了很大的麻煩,。

　　還有另外一個方法,。ESIStream。ESIStream是一個開源免費(fèi)的協(xié)議,。它與JESD204B的性能等級相同,，但能帶來更好的用戶體驗。低復(fù)雜度,，易于設(shè)計,，低功耗。現(xiàn)在,，隨著用于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FPGA的Rx和Tx的IP模塊和VHDL代碼模塊的發(fā)布,，大大降低了ESIstream的使用難度。目前IP模塊在開發(fā)階段,，會支持Teledyne e2v新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的規(guī)格,。另外，用戶可免費(fèi)下載適用于自己的高速串行項目的VHDL代碼模塊,。