FMC+标准将嵌入式设计推到全新的高度

JESD204 串行接口标准（目前为修订版"B"）问世已有一段时间，直到最近它才被市场广泛采用，成为新一代高采样率数据转换器的串行接口标配。这种广泛采用背后的推动力来自电信行业对更小型化、更低功耗和更低成本器件的渴求。

　　如前文所述，采用并行接口的双通道 2 Gsps、12 位 ADC 需要大量的 I/O 信号。这一要求直接影响到封装尺寸。在本例中要求使用 292 引脚封装，尺寸大致为 27x27mm（虽然下一代引脚几何结构能让封装尺寸缩小到不足 20x20mm）。

　　而采用 JESD204B 连接的同等器件可以采用 68 引脚、10x10mm 封装，同时功耗更低。

　　这种封装尺寸的大幅缩减与不断演进的 FPGA 形成良好的搭配，因为 FPGA 正在提供数量不断增长、速度不断提升的 GT 链路。图 1 所示的是封装尺寸和 FMC/FMC+ 开发板尺寸的示例。

　　根据采样率要求的数据吞吐能量、精度和模拟 I/O 通道数量，典型的使用 JESD204B 接口的高速 ADC 和 DAC 有 1-8 个工作在 3-12Gbps 速率上的 GT 链路。

　　FMC 规范定义的是尺寸相对较小的夹层卡，但随着 JESD204B 器件的兴起，可用板级空间内能够容纳更多部件。FMC 规范定义的最多 10 个 GT 链路是一个可用的数量。就是这有限数量的 GT 链路只需使用并行 I/O 所需引脚数量的一部分，就能够提供 80 Gbps乃至更高的吞吐量。

　　使用 JESD204B 等接口的串行连接 I/O 器件的兴起，确实给电子战的部分细分应用带来了不足，例如数字化射频存储器 （DRFM）。因数据流水线较长，串行接口不可避免地会带来更大的

　　时延。对 DRFM 应用来说，数据输入到数据输出之间的时延是一个根本性的性能参数。虽然各种串行连接器件之间的时延往往有很大不同，新一代器件会让数据以越来越快的速度穿过流水线，其中部分器件有望具备调节流水线深度的能力。究竟能实现多大的改进，仍有待观望。

　　今天部分采样率大于 1Gbps 的标准 ADC 器件的时延低于 100 ns。其他应用能够容忍这一时延，或忽略不计，包括软件定义射频 （SDR）、雷达告警接收器和其他信号情报 （SIGINT） 细分领域。在大众市场化电信基础设施的推动下，新一代 RF ADC 和 DAC 技术得到了广泛使用，这些应用也因此获得了显著优势。

　　在 FPGA 社区之外，新一代 DSP 器件也在开始采用 JESD204B。但是 FPGA 很有可能仍然能够占据最能充分发挥宽带模拟 I/O 器件功能的位置。这是因为 FPGA 能以更优异的并行性处理巨大的数据量。

　　图 2 - FMC 与 FMC+ 数字化器的吞吐能量对比

　　FMC+ 的演进

　　为将 FMC 提升到全新的高度，VITA 57.4 工作组已经使用工作在更高速度上的更大数量 GT 链路制定出一个规范。FMC+ 只是给 FMC 连接器增加外层列来处理更多信号，没有更改任何电路板形状或机械结构，因此具备完整的 FMC 后向兼容性。

　　新增行可以构成增强型连接器的组成部分，从而最大限度地减少对可用板级空间的占用。FMC+ 规范把可用 GT 链路的最大数量从 10 个增加到 24 个，并可选择添加另外 8 个链路，从而实现合计 32 个全双工链路。额外的链路使用 HSPCe 单独连接器（HSPC 为主连接器）。表 1 是 FMC 和 FMC+ 连接的概览

　　多个独立信号完整性团队对更高的 28Gbps 数据率进行了特性描述和验证。在包含并行接口的情况下，每个方向的最大双工吞吐量现在能够超过 900Gpbs。关于同时支持 FMC 和 FMC+ 的不同功能的数字化解决方案预期能达到的净吞吐量的略图，请参阅图 2。

　　设计人员可以利用 FMC+ 实现的更大吞吐量充分发挥提供巨大 I/O 带宽的新器件的优势。这里仍然需要有权衡，例如有多少器件能安装到该夹层卡的可用空间中，但对适度数量的通道而言，与今天的 FMC 规范相比，可实现的吞吐量已经是巨大的飞跃。

　　新一代 ADC 和 DAC

　　在今后几年里可以合理预计高精度 ADC 和 DAC 将突破 10 Gsps 壁垒，使用直接 RF 采样支持 L-、S- 乃至 C 波段频率的极宽宽带通信。在 10Gbps 以下，12 位、14 位乃至 16 位精度的转换器正在兴起，部分支持多个通道。这些器件的大部分将使用配备 12 Gbps 通道的 JESD204B（或更新版本）的信号处理，直至更新一代产品让这一速度迈上新的高度。这些快速发展背后的动力来自电信行业，但国防工业也能加以利用，以满足尺寸、重量以及成本 （SWAP-C） 要求。

　　其他 FMC+ 的优势与用途

　　虽然和 FMC 类似，FMC+ 也很可能被 ADC、DAC 和收发器产品左右，FPGA 提供的更大 GT 密度让它能用于其他功能。两个值得一提的功能是光纤和新型串行存储器。

和 JESD204B 一样，存在对更快、更密集光纤的