PRBS伪随机码
基于FPGA的serdes电路之comma和PRBS检测电路设计说明书
基于FPGA的Serdes接口电路设计Comma和PRBS检测方案(仅供内部使用)拟制：谭宇日期：2013/09/13审核：姚亚峰日期：内部资料请勿外传修订记录日期修订版本描述作者2012/09/13 1.00初稿完成谭宇目录1.Serdes接口电路整体结构图 (3)2.概述 (5)2.1.文档版本 (5)2.2.相关标准 (5)2.3.开发环境 (5)3.Serdes接口电路选型 (5)3.1.Serdes芯片架构选型 (5)3.2.Serdes主要性能指标 (7)ma检测电路原理和实现 (7)ma检测电路原理 (7)ma的设计思路 (8)5.PRBS电路原理和实现 (9)5.1.PRBS电路原理 (9)5.2.PRBS电路实现过程 (10)6.说明 (10)Comma和PRBS检测电路设计说明书关键词：Serdes接口电路设计摘要：随着电子行业技术的发展，特别是在传输接口的发展上，原本用于光纤通信的Serdes 技术成为了为高速串行接口的主流。
它是一种时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术。
即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。
这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，从而大大降低通信成本。
安华高，博通，飞兆等国外半导体公司均已推出基于独立的Serdes 芯片，而国内目前还基本处于预研阶段。
本文就以基于FPGA的Serdes芯片IP core中Comma和PRBS检测电路部分做详细的介绍和说明。
缩略语清单：Serdes Serializer/Deserializer串行器/解串器PRBS Pseudo-Random Binary Sequence伪随机二进制序列1.Serdes接口电路整体结构图图1.Serdes接口电路整体结构图Serdes接口电路为一个全双工电路，同时又具有点对点的高效传输。
光模块误码仪工作原理
光模块误码仪工作原理光通信因其传输损耗低、信息容量大、传输速率快等优点正成为通信技术的核心力量，光模块的应用也越来越广泛。
传输速率的加快，高速光通信系统中由于衰减、色散等问题会产生误码现象，准确有效的测量光模块的误码率至关重要。
那么，误码仪的工作原理是怎样的呢？误码测试原理误码测试的对象一般是指数字传输系统，可以理解为数字信息传输的信道，将码型发生器与被测对象的输入端相连，被测对象的输出端与误码检测器相连，就构成了误码测试结构的基本框图数字传输系统误码测试原理图图中的实际测试中，码型发生器和误码检测器经常集成在一起，组成了误码测试仪的重要部分。
误码发生器生成一段连续测试码元序列，编码以后送到被测试系统的输入端，信号在通过被测系统信道以后被误码测试仪的误码检测器接收并解码，得到含有误码的测试码元序列。
把接收端的测试码元序列与发送端的测试信号逐码进行对比，如果某一位码元不一致，则误码计数加一。
统计一段时间内的误码个数，记录存储，计算这段时间内的误码率，分析并显示测试误码的结果，这就是误码测试仪的工作原理。
误码率（BER）=在平均间隔内计读的出错位数/在平均间隔内被传输的总位数误码测试仪的工作原理框图为了对数字系统进行误码率测量，通常采用测试码型激励输入端。
一般测试码型采用伪随机二进制序列（PRBS），主要有PRBS7、PRBS9、PRBS21、PRBS23和PRBS31。
伪随机序列伪随机序列（PRBS）是误码测试系统中最常用的测试码，之所以叫伪随机序列，是因为这种二进制序列具有近似于随机信号的特征，和噪声有着相似的性能。
但它又不是真正的随机序列，实际上它是确定的，一段PRBS码是具有最大码长且周期重复的。
PRBS信号是由PRBS码型发生器生成的。
PRBS发生器通常是由线性反馈移位寄存器和异或电路组成。
如下图是PRBS7的码型发生器，其初始值是0000001，本原多项式是X6+X7+1。
即将寄存器的第6位和第7位做异或运算后，输入到寄存器的第1位，寄存器的第7位同时也是PRBS7发生器的输出。
基于PRBS检测的8B／10B编码器设计
Ｄቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ８ Ｂ／ １ ０ Ｂ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐ ＲＢＳ ｔ ｅ ｓ ｔ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｒａ ｐ ｉ ｄ Ｉ Ｏ；８ Ｂ ／ １ ０ Ｂ； ｌ ｏ ｏ ｋ — ｕ ｐ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ； ｅ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；Ｐ ＲＢ Ｓ
ｅ ｒ ｂ ｉ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ ０， ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ８ Ｂ ／ １ ０ Ｂ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ．
８ Ｂ ／ １ ０ Ｂ编码 是 Ｉ Ｂ Ｍ公 司 １ ９ ８ ３ 年针对高速局域 ３ ． １ ２ ５ Ｇ Ｈ ｚ 、 ５ Ｇ Ｈｚ 或６ ． ２ ５ Ｇ Ｈｚ ， 经过 ８ Ｂ ／ １ ０ Ｂ编码 后 有 网和计算机链接所研发 的传输码ｎ 。虽然时隔多年 ， 效数据传输速率可达 １ Ｇ ｂ ／ ｓ 、 ２ Ｇ ｂ ／ ｓ 、 ２ ． ５ Ｇ ｂ ／ ｓ 、 ４ Ｇ ｂ ／ ｓ ８ Ｂ ／ ｌ Ｏ Ｂ 编码依然是当前高速串行总线的主要编码方 或 ５ Ｇ ｂ ／ ｓ 。传统 的８ Ｂ ／ １ ０ Ｂ 编码器实现方法分为直接 式 。８ Ｂ ／ １ ０ Ｂ 编码主要是通过映射机制将 ８ 位转化为 查表法和组合逻辑实现法 。使用传统的查表法虽然 １ ０ 位码字 。在编码过程中平衡了码流中“ ０ ” 和“ １ ” 的 简单 ， 但是使用 的寄存器过多 ， 会导致使用芯片面积
如何使用PRBS和CMOS器件生成伪随机噪声和二进制序列
如何使用PRBS和CMOS器件生成伪随机噪声和二进制序列虽然通常认为噪声等随机信号是一个问题，但通信和设备测试之类的应用却依赖于随机位序列和噪声的独特特性。
然而，对于预算紧张的设计人员或一次性测试而言，购买专用的伪随机二进制序列(PRBS) 或任意波形发生器可能并不可行。
在这种情况下，使用现成的CMOS 器件来构建一个则更具成本效益。
本文将描述PRBS 和噪声在电子学中的有用角色，然后介绍现成的CMOS IC，并展示如何使用它们来生成所需的伪随机噪声和二进制序列。
“良好”噪音的角色随机白噪声在频域中具有平坦的频谱。
白噪声源激励的放大器或滤波器的平均输出幅度频谱将提供该设备的幅度频率响应。
在通信中，CDMA 发射器的数据流通过伪随机二进制序列(PRBS) 多路化。
然后，它可以作为多路其他信号使用相同的射频通道传输。
在接收器端将复合信号与相同的PRBS 相关联，将提取干扰很小或没有干扰的原始数据流。
鉴于这些随机信号非常实用，因此能够视需要生成它们是很重要的。
生成PRBSPRBS 是一个周期性的确定性信号，由一系列数字1 和0 组成。
1 级或0 级的持续时间是PRBS 发生器的时钟周期的倍数。
在发生器的模式重复周期内，1 和0 的模式是随机的（图1）。
图1：PRBS7 信号是7 位长度的PRBS 测试信号，其周期为27 -1 或127 位。
该信号的时钟频率为 1 MHz，周期为127 ms，由示波器光标标记。
（图片来源：Digi-Key Electronics）图1 中的信号是由一个7 级发生器产生的PRBS7 测试信号，其在每个模式周期内包含127 位。
在每个周期内，位模式是随机的，但整个序列每127 个时钟周期重复一次。
这些测试信号可以在软件或硬件中生成。
用于测试的硬件实施的优点在于可在外部获得信。
高速串行总线的常用测试码型
高速串行总线的常用测试码型本文讨论了高速串行链路中常用的测试码型伪随机码流的原理，以及不同的测试码型对物理层测试结果的影响。
高速串行总线的常用测试码型在当今的电信和计算机产品上，相比传统的并行总线，电路中的串行总线越来越多，速率越来越快。
比如通信产品中的10GBase-KR、CPRI2代，计算机中的PCIeGen2、SATA6G，存储产品中的SAS6G、FC8.5G，这些串行总线都陆续的跨过了5Gbps。
由于速率比较高，使得串行总线上的相关的收发器芯片(SERDES)、连接器、单板、背板的设计面临着越来越多的挑战。
对于这些高速串行总线的物理层测试，测试码型的选用至关重要，在很多串行总线的规范中对测试码型有严格的要求。
本文将对此进行探讨。
首先，串行总线的物理层测试通常分为发射机测试和接收机测试，又称为TX测试和RX测试。
发射机测试通常包括眼图、抖动、信号波形、幅度、上升下降时间等测试项目，接收机测试通常包括误码率、抖动容限、接收机灵敏度等测试项目。
对于眼图测试、误码率和抖动容限测试，最常用的测试码是伪随机码(PseudoRandomBinarySequence，简称PRBS)，主要有PRBS7、PRBS15、PRBS23和PRBS31。
除了PRBS以外，K28.5、1010、CJPAT等码型在很多串行总线的物理层测试中都很常用，特别是计算机上的串行标准(比如SATA、USB3.0、SAS)的测试码型有所不同，在本文中主要讨论最常用的测试码型——PRBS。
PRBS的实现方法顾名思义，PRBS是伪随机码流，在其码流中包括了所有可能出现的比特组合，而且其出现的概率是相同的。
PRBS信号是由PRBS码型发生器生成的。
PRBS发生器通常是由线性反馈移位寄存器(LinearFeedbackShiftRegister，简称LFSR)和异或电路组成。
如下图1所示为最简单的PRBS3的码型发生器，其多项式为X3+X2+1，即寄存器的第3位与第2位做异或(XOR)的逻辑运算后返回到寄存器的第1位，寄存器的第3位X3同时也是PRBS3发生器的输出。
设备误码测试仪原理
设备误码测试仪原理简介设备误码测试仪是用于测试通信设备传输信号中的误码率的工具，它可以对信号进行采样、解调、解码和分析，以确定传输过程中是否出现误码。
本文将介绍设备误码测试仪的原理及其工作过程。
工作原理设备误码测试仪是通过将测试信号发送到待测设备，然后接收并检测回传信号中的误码情况来进行误码测试的。
它主要包括信号生成、信号发送、信号接收和误码分析四个主要模块。
信号生成设备误码测试仪需要生成特定的测试信号，用于模拟实际通信中的数据传输。
测试信号通常采用特定的模式，如伪随机码（PRBS）序列、固定模式码或特定数据流等。
这些测试信号被发送到待测设备，以模拟实际传输环境。
信号发送设备误码测试仪将生成的测试信号通过发送模块发送到待测设备的输入端口。
发送模块通常包括时钟源、调制器和放大器等，用于调整测试信号的频率、幅度和功率等参数，以确保测试信号的准确发送。
信号接收待测设备接收到测试信号后，会将其传输到设备误码测试仪的接收模块进行处理。
接收模块主要包括放大器、滤波器、解调器和采样器等，用于增强接收信号的强度、滤除噪声，并将连续时间信号转换为离散时间信号。
误码分析设备误码测试仪通过对接收到的信号进行解码和分析，可以确定传输过程中是否发生了误码。
误码的判定通常是通过比较接收到的信号与发送的测试信号进行比较来实现的。
常见的误码分析方法包括比特错误率（BER）测试、帧错误率（FER）测试和包错误率（PER）测试等。
工作过程设备误码测试仪的工作过程可以分为以下几步：1.设置测试参数：包括信号频率、幅度、功率等参数的设定。
2.生成测试信号：根据设定的参数，生成特定的测试信号。
3.发送测试信号：将生成的测试信号发送到待测设备的输入端口。
4.接收信号处理：待测设备将接收到的信号传输到设备误码测试仪的接收模块进行处理。
5.误码分析：对接收到的信号进行解码和分析，确定是否出现误码。
6.结果展示：将误码测试结果显示和记录，方便用户查看和分析。
为什么是伪随机码
为什么是伪随机码在进行数字接口的测试时，有时会用到一些特定的测试码型。
比如我们我们在进行信号质量测试时，如果被测件发送的只是一些规律跳变的码型，可能代表不了真实通信时的最恶劣情况，所以测试时我们会希望被测件发出的数据尽可能地随机以代表最恶劣的情况。
同时因为这种数据流很多时候只是为了测试使用的，用户的被测件在正常工作时还是要根据特定的协议发送真实的数据流，因此产生这种随机数据码流的电路最好尽可能简单，不要因此额外占用太多的硬件资源。
伪随机码的生成那么怎么用简单的方法产生尽可能随机一些的数据流输出呢？首先，因为真正随机的码流是很难用简单的电路实现的，所以我们只需要生成尽可能随机的码流就可以了，其中最常用的一种数据码流就是PRBS（Pseudo Random Binary Sequence，伪随机码）码流。
PRBS码的产生非常简单，下图是个的PRBS7的产生原理，只需要用到7个移位寄存器和简单的异或门就可以实现。
所谓PRBS7，是指码流的重复周期为(2^7-1)个比特，即这个电路产生的0、1的码流序列是每127个比特为周期重复一次。
下面是上述电路产生的PRBS7的数据码流：11111110000001000001100001010001111001000101100111010100111 11010000111000100100110110101101111011000110100101110111001 100101010如果我们把移位寄存器的数量增加到9个，就可以产生PRBS9的码流，即以511个bit为周期重复发送的数据码流。
下面是PRBS9码流里511个bit周期的内容：1111111110000011110111110001011100110010000010010100111 01101000111100111110011011000101010010001110001101101010111 00010011000100010000000010000100011000010011100101010110000 11011110100110111001000101000010101101001111110110010010010 11011111100100110101001100110000000110001100101000110100101 11111101000101100011101011001011001111000111110111010000011 01011011011101100000101101011111010101010000001010010101111 00101110111000000111001110100100111101011101010001001000011 0011100001011110110110011010000111011110000从以上的数据流中我们可以看到，在每个大的重复周期内的0、1数据流看起来是随机的，满足了我们对于数据随机性的要求。
prbs之m序列
10.3.2 码分多址(CDMA)通信
d1
× PN1
× cosωct
延迟τ
1
n(t) Σ ＋ × cosωct × PNi ∫ di
…
dk
× PNk
× cosωct
延迟τ
…
k
图 10-7 码分多址扩频通信系统模型
10.3.3 通信加密
信源
X1
E ＋ Y 发送 信道 接收
E ＋
X1 Y
用户
m序列 产生器
10.3 m序列的应用
10.3.1 扩展频谱通信
信码 调制 d(t) Acosωct 载波 n(t) 噪声 × ＋ × 带通 解调 d(t) 信码
扩频函数
解扩函数
图 10-4 扩展频谱通信系统
扩展频谱技术的理论基础是山农公式。对于加性白高斯噪 声的连续信道，其信道容量C与信道传输带宽B及信噪比S/N之
1. 线性反馈移位寄存器的递推关系式 递推关系式又称为反馈逻辑函数或递推方程。设图10-1 所 示的线性反馈移位寄存器的初始状态为(a0 a1 …an-2 an-1)， 经一 次移位线性反馈，移位寄存器左端第一级的输入为
an c1an 1 c2an 2 cn 1a1 cn a0 ci an i
该系统是用伪码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间。该
方式一般和其它方式混合使用。
以上 3 种工作方式是基本的工作方式，最常用的是直扩
方式和跳频方式两种。
4. 混合式扩频方式 在实际系统中，仅仅采用单一工作方式不能达到所希望 的性能时，往往采用两种或两种以上工作方式的混合式扩频。 如FH/DS, DS/TH, FH/TH等。
i 1
n
若经k次移位，则第一级的输入为