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JESD204の物理仕様


計測のためのA-Dコンバータ実装術

JESD204のレーン構成と信号方向

図1　JESD204は，A-Dコンバータの高速化と高精度化の要求に対応するシリアル通信規格．特にJESD204BやJESD204Cが広く用いられている．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［著］藤森 弘己
詳細：［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点

A-Dコンバータの高速化と高精度化に伴い，ディジタル・データのインターフェース仕様も高度な技術が要求されます．JESD204は，このような要求に対応するために設計されたシリアル通信規格であり，特にJESD204BやJESD204Cが広く用いられています．ここでは，JESD204の物理層における信号伝送のしくみや，実装時におけるCML伝送の特徴を解説します．

JESD204のレーン構成と信号方向

JESD204では，ディジタル・データは「レーン」と呼ばれる差動のシリアル信号線を通じて送信されます．A-Dコンバータを用いる場合，送信側はコンバータであり，受信側はFPGAやSoCなどのディジタル処理系です．レーンは一方通行の信号線であり，送信から受信へのデータ伝送だけを許容します．

この構造は，通信路による双方向のハンドシェイクを排除しているため，物理的な設計が簡素化される反面，初期化やリンク確立に関しては別の制御手段が必要です．JESD204では，通信路そのものではハンドシェイクができないため，I$^2$CやGPIOによる状態制御が併用されることがあります．

物理層におけるCML信号の採用

JESD204の物理層では，信号の電気的仕様としてCML（Current Mode Logic）が採用されています．CMLは，電圧レベルではなく電流の流れる向きによって論理値を表現します．たとえば，4mAまたは8mAの定電流がどちらの方向に流れているかで，論理``1''または``0''を識別します．

CMLの特徴は次のとおりです．

  1. 高速動作に適しており，高周波成分の損失が少ない
  2. 信号の立ち上がりと立ち下がりが鋭く，アイ・パターンの開口が良好
  3. 差動信号であるため，外来ノイズの影響を受けにくい
  4. 発熱を抑えつつ安定した電流ドライバが可能

一方通行かつ差動信号で構成されるCMLは，レーンの本数を抑えつつ高速な通信を実現する点で非常に有効です．ただし，配線設計や終端抵抗の配置には細心の注意が必要です．特に差動ラインのインピーダンス整合や長さの均一化が，信号品質に大きく影響します．

A-Dコンバータとの接続設計上の配慮

JESD204インターフェースを備える高速A-Dコンバータでは，エンコーダ・ブロックによって信号の前処理が施されます．具体的には，8ビットを10ビットへと変換する8b/10b方式，または64ビットを66ビットに変換する64b/66b方式などが使われます．これにより，信号にクロック成分を埋め込むことができ，データとクロックを分離せずに伝送が可能です．

このエンコード処理は送信側で行われ，受信側ではデコーダによって元のデータが復元されます．信号品質やタイミングの整合性を確保するためには，システム全体での伝送路設計と，レーン毎のレイテンシ揃えが重要です．

JESD204の物理仕様は，こうした高速ディジタル・インターフェースにおける実装課題に対して，明確なガイドラインを提示しています．CMLや一方通行通信といった設計要素は，計測機器やA-Dコンバータ実装の現場において重要な検討対象です．

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • 1979年　芝浦工業大学　通信工学科卒業
  • 同年　Analog Devices of Japan Inc に入社（後にアナログ・デバイセズ株式会社）同社にてアナログ・モジュール開発，Mixedシグナル・テスタのテスト・モジュール開発、高速リニア・カスタム集積回路の開発サポート，汎用リニア製品マーケティング等を担当．

著書

  1. OPアンプ増幅回路の2つのゲイン，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【差動信号とその周辺回路設計技術】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【A-D/D-Aコンバータの使い方】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

  1. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD］高精度アナログ計測回路＆基板設計ノウハウ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［Book］電子回路とプリント基板のノイズ解決 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．