多個(gè)AD9779 TxDAC器件的同步

簡(jiǎn)介

　　AD9779 TxDAC的DAC輸出采樣速率最高可達(dá)1 GSPS.在某些應(yīng)用中，例如需要波束導(dǎo)引的應(yīng)用，用戶可以同步多個(gè)AD9779.因此，當(dāng)AD9779以接近最高速度工作時(shí)，TxDAC時(shí)序特性變得至關(guān)重要。

　　本應(yīng)用筆記不討論AD9779運(yùn)作涉及到的全部細(xì)節(jié)。若要全面了解其內(nèi)部數(shù)字引擎，用戶應(yīng)參閱AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)。本應(yīng)用筆記擴(kuò)展了SYNC_I的使用，使多個(gè)AD9779器件實(shí)現(xiàn)相同的REFCLK/DATACLK同步。

　　在傳統(tǒng)的插值TxDAC中，當(dāng)DAC采用DAC輸出采樣速率時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題。第一，可能難以確定輸入數(shù)據(jù)在哪一個(gè)DACCLK沿鎖存。多數(shù)DAC解決這一問(wèn)題的方法是提供一個(gè)DATACLK信號(hào)輸出，以指示輸入寄存器鎖存沿的位置。第二個(gè)問(wèn)題發(fā)生于用戶試圖同步多個(gè)TxDAC時(shí)，這是本應(yīng)用筆記的主題。多個(gè)器件的DATACLK輸出并不保證同步，上電時(shí)僅靠器件本身不大可能實(shí)現(xiàn)同步。AD9779解決這一問(wèn)題的方法是為數(shù)據(jù)同步提供第二個(gè)時(shí)鐘，該時(shí)鐘稱為SYNC_I,是AD9779的一路輸入，可以用來(lái)同步多個(gè)AD9779的輸入數(shù)據(jù)鎖存。

　　本應(yīng)用筆記將詳細(xì)說(shuō)明用于同步多個(gè)AD9779器件的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入的方法。DAC輸出的相位對(duì)齊通過(guò)設(shè)計(jì)保證，精度小于一個(gè)DACCLK輸出周期。然而，由于輸出延遲不匹配（室溫下及冷熱溫度下），多個(gè)DAC輸出的相位對(duì)齊可能存在細(xì)微的不一致，本應(yīng)用筆記不討論這一問(wèn)題。

　　同步方案

　　同步多個(gè)AD9779 DAC有兩種方案。在第一種方案中，一個(gè)器件用作主器件，其余器件用作從器件。在第二種方案中，所有器件都是從器件。兩種方案具有相同的時(shí)序限制，不存在性能權(quán)衡。主/從模式和從模式的框圖分別如圖1和圖2所示。

圖1. 主/從SYNC_I/O分配

圖2. 從SYNC_I分配

同步詳解

　　工作中，差分時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)所有主器件和從器件的AD9779 REFCLK輸入。REFCLK輸入接收器是一個(gè)高增益差分放大器，各差分輸入需要接近400 mV的共模輸入電平和至少400 mV p-p的擺幅。

　　如果選定了主器件，可以使能主器件的差分LVDS輸出信號(hào)，該信號(hào)稱為SYNC_O+和SYNC_O?.通過(guò)寄存器0x07的位5,可以將SYNC_O設(shè)置為在DACCLK的上升沿或下降沿觸發(fā)。SYNC_O還有一個(gè)可編程的延遲，可以通過(guò)寄存器0x04的位0 （MSB）和寄存器0x05的位[7:4] （LSB）設(shè)置。SYNC_O通過(guò)將同步驅(qū)動(dòng)器使能位（寄存器0x07的位6）置1而使能。SYNC_O信號(hào)速度可以是REFCLK速度的整數(shù)除數(shù)，通過(guò)寄存器0x04的位[3:1]設(shè)置。主器件的REFCLK輸入和SYNC_O信號(hào)的可能時(shí)序情況如圖3所示。

圖3. DACCLK SYNC_O時(shí)序

　　SYNC_O驅(qū)動(dòng)器和SYNC_I接收器規(guī)定用于LVDS電平（參見(jiàn)AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)）。

　　驅(qū)動(dòng)多個(gè)AD9779器件的CMOS數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入的并行數(shù)字輸入總線在時(shí)間上應(yīng)均衡。如果多條數(shù)據(jù)總線不均衡，可以利用AD9779的編程能力，通過(guò)DATA_CLOCK_DELAY（寄存器0x04的位[7:4]）以大約180 ps的增量偏移各AD9779的鎖存時(shí)間。AD9779無(wú)法補(bǔ)償單條數(shù)據(jù)總線中包含的位偏斜。

　　在所有AD9779器件上，SYNC_I、REFCLK輸入與CMOS數(shù)字輸入數(shù)據(jù)之間都存在建立保持關(guān)系。AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)的"時(shí)序信息"部分說(shuō)明了這些時(shí)序關(guān)系。

　　SYNC_O和SYNC_O_DELAY的推薦應(yīng)用是利用SYNC_O_DELAY來(lái)均衡SYNC_I和REFCLK的時(shí)序，確保其時(shí)序關(guān)系有效。

　　SYNC_I具有其自己的可編程延遲，可以通過(guò)寄存器0x05的位0 （MSB）和寄存器0x06的位[7:4] （LSB）設(shè)置。SYNC_I_DELAY可以用于均衡不理想或者選用圖2所示電路的應(yīng)用中。SYNC_I通過(guò)將同步接收器使能位（寄存器0x07的位7）置1而使能。

　　表1顯示了增量延遲SYNC_O_DELAY和SYNC_I_DELAY,這些延遲可以通過(guò)SPI寄存器設(shè)置。

表 1

圖4所示為用于同步多個(gè)AD9779的內(nèi)部電路框圖。在可編程的延遲后，SYNC_I信號(hào)得到處理，使得對(duì)于SYNC_I的每個(gè)上升沿，只剩下一個(gè)長(zhǎng)度為DACCLK周期的脈沖。注意在這種情況下，DACCLK代表AD9779 DAC的內(nèi)部采樣速率時(shí)鐘，它可以與REFCLK相同，具體取決于對(duì)AD9779的編程。長(zhǎng)度為DACCLK周期的該單一脈沖驅(qū)動(dòng)圖4中的5位分頻器的負(fù)載信號(hào)。分頻器延遲邏輯的5信號(hào)輸出代表所有插值速率的可能DATACLK信號(hào)，包括使能零填充的可能性。通過(guò)設(shè)置DACCLK偏移寄存器，圖4中的位1至位4可以DACCLK周期為增量進(jìn)行延遲。5位分頻器的內(nèi)部時(shí)序、負(fù)載信號(hào)的影響和DACCLK偏移值如圖6所示。

圖4. AD9779多DAC同步電路框圖

　　邊沿檢測(cè)器還驅(qū)動(dòng)誤差檢測(cè)電路，圖5更詳細(xì)地顯示了該電路。可編程誤差檢測(cè)電路可以用來(lái)測(cè)量時(shí)序裕量，如果超出時(shí)序裕量，將產(chǎn)生中斷。

圖5. 可編程時(shí)序裕量和負(fù)載信號(hào)產(chǎn)生詳情

圖6. SYNC_I、DACCLK和DATACLK的內(nèi)部時(shí)序

　　圖5更詳細(xì)地顯示了圖4中虛線所示的電路。在電路內(nèi)部，F(xiàn)F5輸入端的信號(hào)相互之間必須滿足建立保持要求。FF5輸入端的無(wú)效時(shí)序可能導(dǎo)致REFCLK與數(shù)字輸入數(shù)據(jù)之間的同步丟失。此點(diǎn)的時(shí)序故障通常表現(xiàn)為DAC輸出噪底的提高。對(duì)于DACCLK和SYNC_I輸入，F(xiàn)F5輸入端的時(shí)序要求變?yōu)榻⒈３忠蟆?/p>

　　改變同步輸入延遲可以有效移動(dòng)REFCLK/SYNC_I的有效時(shí)序窗口。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于給定的同步輸入延遲，將產(chǎn)生一個(gè)具有給定寬度的有效REFCLK/SYNC_I時(shí)序窗口。如果時(shí)序裕量按1遞增，可以將時(shí)序裕量值設(shè)置為SYNC IRQ的設(shè)置值。將時(shí)序裕量設(shè)置為此值時(shí)，事實(shí)上是將SYNC IRQ設(shè)置為0裕量。SYNC IRQ不區(qū)別建立和保持違規(guī)引起的時(shí)序誤差。然而，根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)可編程時(shí)序裕量超過(guò)建立和保持裕量二者中的較小者時(shí)，SYNC IRQ置1.用戶可以通過(guò)提高寄存器0x06位[3:0]的值來(lái)提高時(shí)序裕量。對(duì)于0裕量，如果存在任何偏向敏感（建立或保持）特性的漂移，則SYNC IRQ置1.

　　事實(shí)上，DACCLK會(huì)對(duì)邊沿檢測(cè)器的輸出進(jìn)行采樣。邊沿檢測(cè)器的輸出是一個(gè)邏輯高電平寬度等于一個(gè)DACCLK周期的單脈沖。為使負(fù)載信號(hào)有效，邊沿檢測(cè)器的輸出在圍繞內(nèi)部DACCLK信號(hào)上升沿的給定時(shí)序窗口內(nèi)必須保持穩(wěn)定（高電平或低電平）。

　　假設(shè)可編程時(shí)序裕量設(shè)為0,并且FF5輸入端的時(shí)序有效，則FF3和FF4的Q輸出相同，SYNC IRQ處于復(fù)位狀態(tài)。在同樣的條件下，如果FF5輸入端的時(shí)序無(wú)效，則FF3和FF4的輸出不同，SYNC IRQ置1.如果FF5輸入端存在有效的時(shí)序條件，則必須將可編程時(shí)序裕量設(shè)置為大于0的值才能確定時(shí)序裕量。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)在主/從同步配置下使用AD9779的系統(tǒng)時(shí)，推薦的程序是在SYNC IRQ置1前找出SYNC_O_DELAY的值（在該值時(shí)，可編程時(shí)序裕量可以設(shè)置為最大可能的值），這代表最佳的時(shí)序和最大的時(shí)序裕量。然后，用戶可以降低可編程時(shí)序裕量的值?？删幊虝r(shí)序裕量的降幅代表SYNC IRQ對(duì)漂移的敏感度。

　　在AD9779可以接收的高DACCLK頻率時(shí)，DACCLK和SYNC_I的有效時(shí)序窗口可能占DACCLK周期相當(dāng)大的一部分。然而，在較低的DACCLK頻率時(shí)，可編程時(shí)序裕量的范圍可能不會(huì)讓用戶有機(jī)會(huì)找到無(wú)效的時(shí)序窗口。這種情況下，用戶可以確信：在正常漂移下，AD9779不會(huì)隨溫度漂移到無(wú)效時(shí)序狀況中。

　　為確保同步，SYNC_I的最大速率為DATACLK/2,其中DATACLK是AD9779的輸入數(shù)據(jù)速率（不是DACCLK）。圖6給出了應(yīng)用SYNC_I的兩個(gè)可能示例。在這兩個(gè)例子中，AD9779均處于4×插值模式，SYNC_I以DACCLK/8的速度運(yùn)行。因此，4×線也是DATACLK輸出信號(hào)。在圖6 （a）中，DACCLK偏移值設(shè)為00000.在內(nèi)部SYNC_I延遲（a）信號(hào)的上升沿，DACCLK上升沿使所有DATACLK輸出位復(fù)位到0.注意，為在時(shí)間（X）設(shè)置4×線，SYNC_I延遲必須發(fā)生在相對(duì)于DACCLK的窗口（Y）。如果SYNC_I延遲（a）的發(fā)生時(shí)間略微提前或落后于此窗口，4×線的上升沿將提前或滯后一個(gè)DACCLK周期。

　　注意，當(dāng)DACCLK偏移值為00000時(shí)，應(yīng)用SYNC_I延遲（a）與4×線的上升沿之間存在一個(gè)DACCLK周期的延遲。

　　在圖6 （b）中，DACCLK偏移值在時(shí)間（Z）設(shè)為00010.因此，8×、4×和2×設(shè)為010（與DACCLK偏移位一致）。4×線（DATACLK輸出）的下一個(gè)上升沿出現(xiàn)在3個(gè)DACCLK周期之后。

　　如果多個(gè)DAC在某一時(shí)間窗口內(nèi)接收到SYNC_I脈沖，并且它們?nèi)季哂邢嗤腄ACCLK偏移值，則其DATACLK信號(hào)同步。因此，多個(gè)AD9779器件的數(shù)據(jù)鎖存同時(shí)發(fā)生。

　　在初始同步期間，2×、4×和8×計(jì)數(shù)器位可能不連續(xù)。這就是說(shuō)，在初始應(yīng)用SYNC_I上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)器可能處于這樣一種狀態(tài)，使得同步可能導(dǎo)致其改變多個(gè)值。然而，在初始同步完成后，只要SYNC_I的速度保持DATACLK/2或更慢，那么同步脈沖只會(huì)在2×、4×和8×位復(fù)位到0時(shí)出現(xiàn)。（這似乎是多余的，但在實(shí)現(xiàn)同步后，SYNC_I脈沖實(shí)際上不必應(yīng)用。）初始脈沖后的周期性SYNC_I脈沖主要用于AD9779器件失去同步這一罕有場(chǎng)合。電源毛刺或不良時(shí)鐘脈沖觸發(fā)系統(tǒng)中的某些但不是全部AD9779器件時(shí)，可能發(fā)生器件失去同步的情況。

　　時(shí)序規(guī)格。

　　第一個(gè)需要注意的時(shí)序規(guī)格是SYNC_I與REFCLK之間的關(guān)系，如圖7所示。從AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，所需的時(shí)序規(guī)格為：tS = -0.2 ns,tH = 1.0 ns.

圖7. REFCLK與SYNC_I的時(shí)序關(guān)系

　　如果DACCLK OFFSET值被設(shè)置為非0值，則圖7所示的DACCLK信號(hào)會(huì)左移一個(gè)DACCLK周期。同樣，如果SYNC_I_DELAY被設(shè)置為非0值，則SYNC_I_DELAY每遞增一次，圖7中的SYNC_I信號(hào)就會(huì)左移AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)給定的SYNC_I_DELAY增量。

　　第二個(gè)重要時(shí)序規(guī)格是DATACLK輸出與數(shù)字輸入數(shù)據(jù)之間的時(shí)序關(guān)系，該時(shí)序信息如圖8所示。當(dāng)DATACLK_DELAY_ENABLE復(fù)位時(shí)，這些值有效。如果DATACLK_DELAY_ENABLE置1,則DATACLK發(fā)生延遲（移至圖8右側(cè)），而數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)保持靜止。因此，tS和tH的阻擋窗口相對(duì)于DATACLK左移。DATACLK_DELAY_ENABLE置1時(shí)，每遞增一次的平均延遲和DATACLK_DELAY的增量值參見(jiàn)AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)。

圖8. 建立保持、DATACLK到輸入數(shù)據(jù)

　　建立保持?jǐn)?shù)據(jù)與REFCLK的關(guān)系參見(jiàn)AD9779數(shù)據(jù)手冊(cè)，某些應(yīng)用中該數(shù)據(jù)也是必要的。