高速信號編碼之8B/10B

8B/10B編碼的目的

資訊量愈來愈大的時代，資料的高速傳輸成為重要的趨勢，在追求高速傳輸的同時，資料的傳輸正確性也非常重要，於是演生出8B/10B的編碼. 很多高速傳輸的差分介面都使用了此種編碼以加強資料正確性, 如V by one, HDMI…., 為什麼要編碼? 有什麼好處? 我們用下面的圖來解釋:

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大家看明白了吧，由於我們的串列鏈路中會有交流耦合電容，我們知道理想電容的阻抗公式是Zc=1/2πf*C，因此信號頻率越高，阻抗越低，反之頻率越低，阻抗越高。因此上面的情況，當碼型是高頻的時候，基本上可以不損耗的傳輸過去，但是當碼型為連續“0”或者“1”的情況時，電容的損耗就很大，導致幅度不斷降低，帶來的嚴重後果是無法識別到底是“1”還是“0”。因此編碼就是為了儘量把低頻的碼型優化成較高頻的碼型，從而保證低損耗的傳輸過去，所以有愈來愈多的高速信號傳輸，採用此種編碼方式.

編碼的缺點

但8B/10B編碼有什麼缺點? 要把8bit的實際資料擴展為10B，那開銷就是20%，效率就只有80%了，更通俗來說就是增加了20%的非實際資料的傳輸 。所以一個好的編碼方式，除了看它本身的演算法優化情況外，還要注重效率高不高。


編碼的方法

上面解釋了原因，下面就介紹下這種8B/10B的編碼方式的演算法。


如上圖，關於8B/10B編碼演算法有下面幾點需要理解：

1， 低5位（ABCDE）中間加一位，進行5B/6B編碼，高三位元（FGH）中間加一位，進行3B/4B編碼；

2， 編碼後的bit僅會出現這三種情況：5個“0”與5個“1”、4個“0”與6個“1”、6個“0”與4個“1”；

3， 有兩個術語要知道：不均等性（disparity）和極性偏差（running disparity，RD）。

 不均等性是指編碼後的碼型資料是“1”多還是“0”多，如果是“1”多，則極性偏差RD為-RD，如果是“0”多則為+RD。那定義+-RD有什麼意義呢？+-RD代表著同一個碼型的兩種編碼方式。我們本身就是編碼的目標就是為了緩解長“0”或長“1”的影響，因此在編碼後如果“1”多的話，我們下一次的編碼就要把這種碼型做一個修正，因此從-RD碼型變成+RD碼型。如果是“0”和“1”一樣多，極性則不用變，如下圖：

4， 我們怎麼知道編碼後映射成什麼碼型呢？因此會有一個專門的編碼表，我們只需要在上面找到我們的原始碼型，然後就一目了然了。編碼表如下所示（部分截圖）：

舉例說明 

原始的碼型如下：

模擬得到8B/10B編碼後的碼型如下：

對照上面的編碼表，結果完全相同，從RD-的模型出發，編碼後RD-的碼型“1”比較多，因此極性變成RD+的編碼碼型，接著RD+的編碼碼型“0”比較多，極性又變回RD-，因此碼型就是RD-和RD+之間迴圈下去。
這種編碼可以保證不會有４個以上連續的０或１，以及所有的０和１的個數會幾乎相同，　以避免電路效應造成的不正確。