PRBS码是什么？PRBS生成原理介绍

edadoc · 发表于 2018-3-22 15:10:15

作者：一博科技

之前一直在讲高速串行的协议，MAC，PHY，PMD层，PMA层吗，PCS层。。。看大家回答的数量也不是很多，弱弱的问一句大家都消化了吗？的确，讲到各个层的功能，数据在芯片内部如何去运作协调这方面的确有点高深。其实坦白说哈，作为同组的一员，我也对上面的文章和刘工深感佩服（点赞点赞）。既然上层的东西不那么好理解的话，我们还是说回点接地气的吧。我们知道，无论上层如何运作，最终还是要去到物理层上面去，最终我们的数据就在上面传输，而传输的方式就是各种不同速率的码型。从本期开始，我们将介绍下关于码型的一些东西。

PRBS：Pseudo-Random Binary Sequence，中文翻译叫做伪随机二进制序列，江湖人简称它为伪随机码。做过测试的朋友们都应该特别熟悉，就是使用PRBS这种伪随机码进行高速串行通道的测试，主要是测试误码率的情况，例如我们常用的一些协议，PCIE，USB，以太网或者下图的光模块的测试等等……

当然我们信号高速串行信号仿真的时候，也会有各种prbs码型进行，一个10G-SFP+光模块PCB通道的仿真模型如下：

为什么业界公认选择这种prbs码型进行测试（仿真）呢？主要原因是这种码型与真实链路的数据传输情况非常接近。因为在真实情况中，所以的数据组合都是随机出现的，没有任何规律可言。而PRBS 的码流在很大程度上具有这种“随机数据”的特性，“0”和“1”随机出现，这种码流的频谱特征和白噪声非常接近，所谓“白噪声”就是在一个比较宽的频域里功率密度谱均匀分布，也就是所有的频率都具有相同的能量，因此该码型能够模拟各种不同频率数据组成的情况，使测试更符合真实的情况。

那prbs这种随机码真的就是没有任何规律的吗？？当然不是，不然的话为什么还要分prbs1-31那么多种呢。之所以要叫伪随机码，其实就是码流在周期内部是随机的，但是在各个周期里面又是完全相同的。咋一看，好像说了等于没有，大家可能有疑问，在周期内部是随机的，那不还是随机嘛？其实这个随机是要打个问号的，正确来说是“有顺序的随机”。所谓顺序就是通过不同阶数的prbs码来体现，例如，我们常用的有阶数7、9、11、15、20、23、31，也就是我们常说的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。
前面说了，不同的阶数会有不同的码型，那它们之间有什么规律呢？不同阶数是怎样生成码型的呢？我们以PRBS3进行说明。6 U( T8 _! b. _4 |! ]& L$ r+ ^" \4 ~
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PRBS码型是由PRBS码型发生器产生的，下面是一个简单发生器的示意图：

架构很简单，就由两部分组成：移位寄存器和异或运算器。首先移位寄存器，顾名思义作用就是移位，1个bit发送后，把下一个bit推向前准备发送；异或运算，简单点说就是两个不一样就是“1”，两个一样就是“0”，因此有“1”和“1”是0，“0”和“0”是0,“1”和“0”是1。那像上面这个PRBS3发生器，进行异或的位是第二位和第三位，因此用一个多项式命名它，叫做1+X2+X3。

这样我们可以开始进行计算了。首先我们有一个初始状态“111”。我们就有了下面这么一个计算过程（画得不好，大家看内容就好）。简单说明一下，红色为异或运算过程，蓝色为每次移位后的bit，绿色为输出的数据bit，紫色说明绕一圈之后又回到了原先，循环了一次。

经过本文之后，大家是不是对感觉很高深神秘的prbs码型有了更接地气的认识和理解了呢？当然，本文举例的prbs3是比较简单的，感觉它没经过几位就可以循环一次了，大家推导起来也比较方便。