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一种用于JESD204C接口的低延迟同步头检测算法与电路

殷鹏 张超 雷长安 侯卫周 舒洲 刘术彬 朱樟明

殷鹏, 张超, 雷长安, 侯卫周, 舒洲, 刘术彬, 朱樟明. 一种用于JESD204C接口的低延迟同步头检测算法与电路[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT260163
引用本文: 殷鹏, 张超, 雷长安, 侯卫周, 舒洲, 刘术彬, 朱樟明. 一种用于JESD204C接口的低延迟同步头检测算法与电路[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT260163
YIN Peng, ZHANG Chao, LEI Changan, HOU Weizhou, SHU Zhou, LIU Shubin, ZHU Zhangming. A Low-Latency Synchronization Header Detection Algorithm and Circuit for JESD204C Interface[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT260163
Citation: YIN Peng, ZHANG Chao, LEI Changan, HOU Weizhou, SHU Zhou, LIU Shubin, ZHU Zhangming. A Low-Latency Synchronization Header Detection Algorithm and Circuit for JESD204C Interface[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT260163

一种用于JESD204C接口的低延迟同步头检测算法与电路

doi: 10.11999/JEIT260163 cstr: 32379.14.JEIT260163
基金项目: 中国教育部基础与交叉学科突破计划(YB2025XDXM105),陕西省创新能力支撑计划(2024RS-CXTD-06),国家自然科学基金(62434007),河南大学本科教学改革研究与实践项目(DHXJJG2026-146)
详细信息
    作者简介:

    殷鹏:男,讲师,研究方向为高速数据传输接口、信号处理等数模混合集成电路设计

    张超:男,硕士生,研究方向为高速数据传输接口、图像处理等数字电路设计

    雷长安:男,硕士生,研究方向为高速数据传输接口、图像处理等数字电路设计

    侯卫周:男,教授,研究方向为电子电路分析、设计及仿真

    舒洲:男,教授,研究方向为低功耗模拟/混合信号IC设计,主攻高速通信接口设计

    刘术彬:男,教授,研究方向为混合信号集成电路、射频集成电路、高速数据接口等

    朱樟明:男,教授,研究方向为高精度ADC/DAC、芯片化雷达、模拟前端集成电路与模拟信号链芯片、三维集成电路与微系统等

    通讯作者:

    舒洲 shuzhou@xidian.edu.cn

  • 中图分类号: TN402; TN492

A Low-Latency Synchronization Header Detection Algorithm and Circuit for JESD204C Interface

Funds: Fundamental and Interdisciplinary Disciplines Breakthrough Plan of the Ministry of Education of China (YB2025XDXM105), Innovation CapabilitySupport Program of Shaanxi (2024RS-CXTD-06), The National Natural Science Foundation of China under Grant 62434007, Research and Practice Project of Undergraduate Teaching Reform at Henan University (HDXJJG2026-146)
  • 摘要: JESD204C串行(SerDes)接口作为高速芯片互连和边缘AI计算网络的核心器件,其链路初始化延迟长、同步过程功耗高等问题制约了系统实时性与能效。为此,该文提出一种基于迭代式集合筛查(Iterative Set Screening, ISS)的同步头(Synchronization Header, SH)检测方法,旨在提升检测效率。该方法利用同步头序列固有的极性翻转特性,构建并行筛查机制,动态压缩搜索空间,高效剔除无效候选位置,实现同步头的快速精准定位。所提电路已集成至JESD204C接收链路,并在FPGA平台完成验证。实验结果表明:对比典型方案,该设计将同步头锁定时间缩短70 %,且检测时延对同步头的位置不敏感,同步过程稳定性与能效同步提升。
  • 图  1  JESD204C典型架构

    图  2  JESD204C链路层数据结构

    图  3  典型同步头检测电路的结构

    图  4  ISS同步头检测算法的核心原理

    图  5  期望空间大小

    图  6  SNR与BER的量化映射关系

    图  7  搜索集合期望衰减曲线(L=66)

    图  8  算法1的关键处理过程

    图  9  data132的格式

    图  10  验证平台示意图

    图  11  同步头锁定

    图  12  同步头和有效数据输出

    图  13  锁定同步头后失锁

    图  14  同步头出现错误

    图  15  载荷表现翻转特征

    图  16  多块边界识别

    图  17  同步头锁定时间测试

    表  1  ISS算法与典型方案的对比

    典型方案ISS算法
    基本对象单个候选位置候选位置集合
    搜索方式按位滑动、逐位置试探全位置并行筛查、集合迭代筛查
    判断依据每次滑动后重新判断当前窗口使用寄存器跨周期累计保留信息
    收敛原理依赖搜索路径,逐步接近目标位置错误候选随周期指数衰减
    位置敏感性高,锁定时间随同步头位置变化明显低,对同步头所在位置不敏感
    非理想信道适配性未考虑干扰和噪声对结果的影响引入误码率、期望空间利用率等参数修正模型,
    推导非理想信道下的搜索集合衰减公式
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    表  2  参数映射

    参数参数描述
    周期t时钟周期数
    初始空间大小L对应一个数据块内的初始候选位数量,决定了66b_reg的最小位宽
    集合期望数E[Nt]66b_reg中仍为“1”的位数,即当前仍被保留的候选位置数量
    错误候选期望数量阈值δE[Nt]<δ时,认为搜索空间已收敛至唯一位置。
    理论收敛时间Tc同步头锁定所需的理论时钟周期数,为接收链路初始化提供依据
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    1  同步头检测

     输入:datain
     输出:同步头位置j
     1) 数据拼接与极性翻转检测
      •通过将当前和之前的数据块合并,形成连续的数据流数据:
       data_r={dataint[65:0],datain(t−1)[65]}
      • 利用异或运算计算翻转特征值序列的异或数据:
       data_x[i]=data_r[i]$\oplus $data_r[i+1], i=0,1,···,65
     2) 同步头的迭代式集合筛查
      •初始化一个66位寄存器,初始化为全“1”:
       66b_reg0=[1,1,···,1]
      •在每个时钟周期t中使用按位与更新66b_reg
       66b_regt=66b_reg(t−1)&data_xt
     3) 同步头锁定与复位机制
      • 检查同步头是否被锁定:
       sh_test=(66b_reg&(66b_reg−1))==0
      •如果sh_test为“0”,则锁定同步头位置j,其中
       66b_reg[j]=1,否则从步骤1重新开始。
     4) 数据对齐与输出
      •一旦同步头锁定,输出同步头位置j
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    表  3  资源消耗与性能指标

    方案同步头平均锁定时间(时钟周期)锁定时间标准差LUT资源寄存器资源功耗(mW)能效(mW/bit)
    本算法24.44.75092222.00.030
    [11]7438.01281.71953121.21.200
    [17]146.436.74912284.50.068
    [18]112.917.93503455294.11.426
    [19]26.21.73092134.30.065
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-02-09
  • 修回日期:  2026-05-29
  • 录用日期:  2026-05-29
  • 网络出版日期:  2026-06-08

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