以1.5 Gbps運(yùn)行的PRBS發(fā)生器

PRBS（偽隨機(jī)二進(jìn)制序列）或PN（偽噪聲）發(fā)生器在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中有廣泛的應(yīng)用（參考文獻(xiàn)1）。這些電路通常由帶反饋的簡(jiǎn)單移位寄存器構(gòu)成，它可以用作串行數(shù)據(jù)鏈路的測(cè)試源。正如它們名稱所示，輸出序列并非真正隨機(jī)，實(shí)際上是在2N-1位后重復(fù)，其中N表示移位寄存器的長(zhǎng)度。多項(xiàng)式標(biāo)注的階數(shù)對(duì)應(yīng)于移位寄存器的長(zhǎng)度，因此PRBS的周期就為描述序列提供了一個(gè)簡(jiǎn)便的方法。

通信設(shè)備的測(cè)試要使用某種標(biāo)準(zhǔn)多項(xiàng)式。例如，x7+x6+1產(chǎn)生一個(gè) 127位的PRBS周期，而x23+x18+1 則產(chǎn)生大于800萬(wàn)位的周期，x31+x28+1產(chǎn)生的周期更長(zhǎng)，256倍。有較長(zhǎng)周期的 PRBS 通常提供更多的數(shù)據(jù)類型，從而能更仔細(xì)地檢測(cè)傳輸系統(tǒng)的性能。

一個(gè)采用中間級(jí)反饋的簡(jiǎn)單移位寄存器就可以產(chǎn)生一個(gè)PRBS。構(gòu)成寄存器的觸發(fā)器運(yùn)行速度必須與傳輸速度一致，如果你打算建立一個(gè)運(yùn)行在千兆赫茲時(shí)鐘速率下的長(zhǎng)周期PRBS發(fā)生器，則可能產(chǎn)生問(wèn)題。德州儀器公司的高速串行器TLK2201B運(yùn)行在高達(dá)1.6 Gbps速率下，它提供了一個(gè)可能的解決方法。但是，該串行器并不能以原有的全部串行格式接受PRBS，而一次只能接收10位部分。

圖1中電路表示一個(gè)31階的并行 PRBS 發(fā)生器，它提供10位輸出段，可以很容易適應(yīng)其它的PRBS序列和輸出寬度。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，先畫一個(gè)有31個(gè)觸發(fā)器的圖，每行包含10個(gè)觸發(fā)器。在此例中，設(shè)計(jì)包含四行，第一行只有一個(gè)觸發(fā)器。圖1顯示了觸發(fā)器和編號(hào)約定之間的時(shí)序關(guān)系。

組成的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)并行移位寄存器，其中第3行直接送至第 4 行，第2行送至第3行，等等。第2行的觸發(fā)器10至觸發(fā)器2和第1行的觸發(fā)器1從反饋路徑接受它們的輸入。這種排列可保證相連行中的觸發(fā)器提供10倍于當(dāng)時(shí)間隔的輸出，因而發(fā)生器的時(shí)鐘速度為等效串行移位寄存器PRBS實(shí)現(xiàn)速度的十分之一。

為確定反饋信號(hào)，推導(dǎo)出描述一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（即串行）PRBS 發(fā)生器輸出的公式，對(duì)多項(xiàng)式 x31+x28+1，得出 y(n)=y(n-31) xor y(n-28)。用此公式可以推導(dǎo)出描述反饋信號(hào)fdbk1 ~ fdbk10的公式。即：fdbk1：y (n+9)=y(n-22) xor y(n-19)，fdbk2：y(n+8)=y(n-23) xor y(n-20)，... fdbk10：y(n)=y(n-31) xor y(n-28)。例如，反饋信號(hào) fdbk1 來(lái)自觸發(fā)器22和19輸出驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)輸入異或門的輸出。

圖1電路是用CPLD或FPGA器件實(shí)現(xiàn)的VHDL代碼。15行~18 行定義了并行移位寄存器，21行~23行定義了反饋電路的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)實(shí)例的電路適合于Xilinx的XC3S50 Spartan 3器件，它運(yùn)行在150 MHz 時(shí)鐘速率下；也可以通過(guò)一個(gè)10位接口，以150 MHz驅(qū)動(dòng)一個(gè)德州儀器公司的 TLK2201B串行器。Xilinx's ISE 7.1i 軟件編譯電路的VHDL文件。圖2顯示串行器輸出的眼圖，并確保電路工作在1.5 Gbps。編譯軟件預(yù)測(cè)電路應(yīng)工作在300 MHz以上時(shí)鐘速率下，但TLK2201B的極限工作頻率為150 MHz。

參考文獻(xiàn)

1, Miller, Andy, and Mike Gulotta, "PN generators using the SRL macro," Application Note APP211, Xilinx Inc, June 15, 2004.