編碼技術: PRBS， 8B/10B
剛進SI這個行業的時候(現在也還是小菜雞 XD)，很多技術名詞其實常常搞不清楚。就像之前輩交代說: 明天客戶想確認這條高速線到conector的眼圖，幫我跑個quick eye的模擬。 結果一打開前輩整理的Spec，看到data rate, V-high, V-low, rise time 都還可以理解，看到PRBS 11? 8B/10B? 當下Nick Young的臉浮現在眼前。直到後來工作一陣子後，才知道這是測試高速線的編碼技術名稱。
首先要先分清楚碼型與編碼這兩個名詞
PRBS碼型:
PRBS(Pseudo Random Binary Sequence)字面翻譯是偽隨機二進制序列(偽隨機碼)。隨機指在週期內是碼型是隨機的，也就是亂中有序，這個序就會根據階數來產生不同位元的碼型。用途是用來測試高速訊號的誤碼率，像是USB PCIE…等，當然也會延伸不同的測試碼型PRBS 7, PRBS 9, PRBS 11…PRBS 31，其中數字表示的階數。那是甚麼意思呢? 為什要用PRBS來做為測試碼型?
主要原因是PRBS碼型與真實訊號傳輸的狀況很相近，在真實訊號傳輸也是屬於隨機的發生，沒有理由和規律。且這種碼型的頻域特徵很貼近”白噪音”[1]。意思是說在一個比較寬頻域中功率密度均勻的分布，每個頻點的能量都一樣，不是指溪流聲的那種，不要搞錯了XD
至於階數可以簡單理解成碼型序列的長度，階數越高序列長度越長，在頻域表現出更多的頻點的能量分布。至於產生的架構可以參考一博科技的文章，寫得很淺顯易懂，裡面用PRBS 3的架構來說明 [3]
8B/10B編碼
常見的編碼有4B/5B, 8B/10B, 64B/66B, 128B/130B等編碼方式，這些都是屬於NRZ編碼其中常見的方式。NRZ? Nick Young? 不懂可以先參考網際星空裡面提到編碼調變技術的文章PAM4 and MIPI，寫得很詳細 [4]
回歸正題，每個編碼都有適應的信號協議。其中編碼的數字代表些甚麼? 以8B/10B編碼來說，就是把8 bit的數據擴增至10 bit，增加了25%的非實際數據傳輸。這時候就會想說這樣傳輸的效率不就下降了嗎?沒事幹嘛增加2 bit沒用的數據? 這就跟人生一樣，常常有時候做白工才是最有效率的 (欸欸欸，偏題了XD)
其主要目的是用來直流平衡，原因是高速訊號線上的通常都會擺耦合電容隔離低頻的雜訊，頻率越低阻抗越大(Zc=1/2pi*f*C)。但有時候要傳輸的訊號是連續0或1不就會被當作低頻雜訊被衰減隔離掉，但事實上那是要傳輸的訊號不應該被衰減的。利用這種編碼方式就可以降低頻訊號提升到高頻，降低直流低頻的損耗。其實有還有另一格作用是保證訊號有足夠的翻轉密度，讓Clock Data Recovery有更多的邊沿變換，對減小抖動和數據採樣有幫助，至於CDR有機會再跟大家介紹。至於編碼的詳細機制可以參考[6]
直接用頻譜看使用8B/10B編碼的效果最簡單粗暴了，沒用之前訊號再低頻的能量很多(紅色)，用了之後改善了低頻能量的分佈(藍)，低頻信號明顯減小，相當於通過一個高通濾波器，起到Pre-emphasis的作用，減緩ISI的干擾，讓眼睛更明亮。仔細想想發明這個編碼的人還真神啊XD
結論PRBS是產生的碼型，而8B/10B是編碼方式。最後的理解可以用一句話來結尾。”用PRBS的碼來編出NRZ 8B/10B的訊號做高速訊號的測試”
參考文獻:
[1] https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%99%BD%E9%9B%9C%E8%A8%8A
[2] PRBS码, https://zhuanlan.zhihu.com/p/597585635
[3] PRBS码是什么？PRBS生成原理, https://zhuanlan.zhihu.com/p/29658418
[4] PAM4 and MIPI, 網際星空 https://www.oldfriend.url.tw/Designer/ansys_ch_PAM4.html
[5] USB 3.0硬件設計, https://www.twblogs.net/a/5d06fcdfbd9eee1e5c80ebbd
[6] 8B/10B編碼, https://www.twblogs.net/a/5d06fcdfbd9eee1e5c80ebbd
