多個AD9779 TxDAC器件的同步

出處：chunyang 發(fā)布于：2011-10-21 10:46:31

　　簡介

　　AD9779 TxDAC的DAC輸出采樣速率可達1 GSPS.在某些應用中，例如需要波束導引的應用，用戶可以同步多個AD9779.因此，當AD9779以接近速度工作時，TxDAC時序特性變得至關重要。

　　本應用筆記不討論AD9779運作涉及到的全部細節(jié)。若要全面了解其內部數(shù)字引擎，用戶應參閱AD9779數(shù)據(jù)手冊。本應用筆記擴展了SYNC_I的使用，使多個AD9779器件實現(xiàn)相同的REFCLK/DATACLK同步。

　　在傳統(tǒng)的插值TxDAC中，當DAC采用DAC輸出采樣速率時鐘驅動時，會產(chǎn)生兩個問題。，可能難以確定輸入數(shù)據(jù)在哪一個DACCLK沿鎖存。多數(shù)DAC解決這一問題的方法是提供一個DATACLK信號輸出，以指示輸入寄存器鎖存沿的位置。第二個問題發(fā)生于用戶試圖同步多個TxDAC時，這是本應用筆記的主題。多個器件的DATACLK輸出并不保證同步，上電時僅靠器件本身不大可能實現(xiàn)同步。AD9779解決這一問題的方法是為數(shù)據(jù)同步提供第二個時鐘，該時鐘稱為SYNC_I,是AD9779的一路輸入，可以用來同步多個AD9779的輸入數(shù)據(jù)鎖存。

　　本應用筆記將詳細說明用于同步多個AD9779器件的數(shù)字數(shù)據(jù)輸入的方法。DAC輸出的相位對齊通過設計保證，小于一個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DAC輸出的相位對齊可能存在細微的不一致，本應用筆記不討論這一問題。

　　同步方案

　　同步多個AD9779 DAC有兩種方案。在種方案中，一個器件用作主器件，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序限制，不存在性能權衡。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，差分時鐘信號驅動所有主器件和從器件的AD9779 REFCLK輸入。REFCLK輸入接收器是一個高增益差分放大器，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，該信號稱為SYNC_O+和SYNC_O?.通過寄存器0x07的位5,可以將SYNC_O設置為在DACCLK的上升沿或下降沿觸發(fā)。SYNC_O還有一個可編程的延遲，可以通過寄存器0x04的位0 （MSB）和寄存器0x05的位[7:4] （LSB）設置。SYNC_O通過將同步驅動器使能位（寄存器0x07的位6）置1而使能。SYNC_O信號速度可以是REFCLK速度的整數(shù)除數(shù)，通過寄存器0x04的位[3:1]設置。主器件的REFCLK輸入和SYNC_O信號的可能時序情況如圖3所示。

圖3. DACCLK SYNC_O時序

　　SYNC_O驅動器和SYNC_I接收器規(guī)定用于LVDS電平（參見AD9779數(shù)據(jù)手冊）。

　　驅動多個AD9779器件的CMOS數(shù)字數(shù)據(jù)輸入的并行數(shù)字輸入總線在時間上應均衡。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的鎖存時間。AD9779無法補償單條數(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系。AD9779數(shù)據(jù)手冊的"時序信息"部分說明了這些時序關系。

　　SYNC_O和SYNC_O_DELAY的推薦應用是利用SYNC_O_DELAY來均衡SYNC_I和REFCLK的時序，確保其時序關系有效。

　　SYNC_I具有其自己的可編程延遲，可以通過寄存器0x05的位0 （MSB）和寄存器0x06的位[7:4] （LSB）設置。SYNC_I_DELAY可以用于均衡不理想或者選用圖2所示電路的應用中。SYNC_I通過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SPI寄存器設置。

表 1

　　圖4所示為用于同步多個AD9779的內部電路框圖。在可編程的延遲后，SYNC_I信號得到處理，使得對于SYNC_I的每個上升沿，只剩下一個長度為DACCLK周期的脈沖。注意在這種情況下，DACCLK代表AD9779 DAC的內部采樣速率時鐘，它可以與REFCLK相同，具體取決于對AD9779的編程。長度為DACCLK周期的該單一脈沖驅動圖4中的5位分頻器的負載信號。分頻器延遲邏輯的5信號輸出代表所有插值速率的可能DATACLK信號，包括使能零填充的可能性。通過設置DACCLK偏移寄存器，圖4中的位1至位4可以DACCLK周期為增量進行延遲。5位分頻器的內部時序、負載信號的影響和DACCLK偏移值如圖6所示。

圖4. AD9779多DAC同步電路框圖

　　邊沿檢測器還驅動誤差檢測電路，圖5更詳細地顯示了該電路?？删幊陶`差檢測電路可以用來測量時序裕量，如果超出時序裕量，將產(chǎn)生中斷。

圖5. 可編程時序裕量和負載信號產(chǎn)生詳情

圖6. SYNC_I、DACCLK和DATACLK的內部時序

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

　　改變同步輸入延遲可以有效移動REFCLK/SYNC_I的有效時序窗口。在實際應用中，對于給定的同步輸入延遲，將產(chǎn)生一個具有給定寬度的有效REFCLK/SYNC_I時序窗口。如果時序裕量按1遞增，可以將時序裕量值設置為SYNC IRQ的設置值。將時序裕量設置為此值時，事實上是將SYNC IRQ設置為0裕量。SYNC IRQ不區(qū)別建立和保持違規(guī)引起的時序誤差。然而，根據(jù)設計，當可編程時序裕量超過建立和保持裕量二者中的較小者時，SYNC IRQ置1.用戶可以通過提高寄存器0x06位[3:0]的值來提高時序裕量。對于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.

　　事實上，DACCLK會對邊沿檢測器的輸出進行采樣。邊沿檢測器的輸出是一個邏輯高電平寬度等于一個DACCLK周期的單脈沖。為使負載信號有效，邊沿檢測器的輸出在圍繞內部DACCLK信號上升沿的給定時序窗口內必須保持穩(wěn)定（高電平或低電平）。

　　假設可編程時序裕量設為0,并且FF5輸入端的時序有效，則FF3和FF4的Q輸出相同，SYNC IRQ處于復位狀態(tài)。在同樣的條件下，如果FF5輸入端的時序無效，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序條件，則必須將可編程時序裕量設置為大于0的值才能確定時序裕量。

　　設計一個在主/從同步配置下使用AD9779的系統(tǒng)時，推薦的程序是在SYNC IRQ置1前找出SYNC_O_DELAY的值（在該值時，可編程時序裕量可以設置為可能的值），這代表的時序和的時序裕量。然后，用戶可以降低可編程時序裕量的值?？删幊虝r序裕量的降幅代表SYNC IRQ對漂移的敏感度。

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

　　為確保同步，SYNC_I的速率為DATACLK/2,其中DATACLK是AD9779的輸入數(shù)據(jù)速率（不是DACCLK）。圖6給出了應用SYNC_I的兩個可能示例。在這兩個例子中，AD9779均處于4×插值模式，SYNC_I以DACCLK/8的速度運行。因此，4×線也是DATACLK輸出信號。在圖6 （a）中，DACCLK偏移值設為00000.在內部SYNC_I延遲（a）信號的上升沿，DACCLK上升沿使所有DATACLK輸出位復位到0.注意，為在時間（X）設置4×線，SYNC_I延遲必須發(fā)生在相對于DACCLK的窗口（Y）。如果SYNC_I延遲（a）的發(fā)生時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DACCLK周期。

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

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

　　如果多個DAC在某一時間窗口內接收到SYNC_I脈沖，并且它們全都具有相同的DACCLK偏移值，則其DATACLK信號同步。因此，多個AD9779器件的數(shù)據(jù)鎖存同時發(fā)生。

　　在初始同步期間，2×、4×和8×計數(shù)器位可能不連續(xù)。這就是說，在初始應用SYNC_I上升沿時，計數(shù)器可能處于這樣一種狀態(tài)，使得同步可能導致其改變多個值。然而，在初始同步完成后，只要SYNC_I的速度保持DATACLK/2或更慢，那么同步脈沖只會在2×、4×和8×位復位到0時出現(xiàn)。（這似乎是多余的，但在實現(xiàn)同步后，SYNC_I脈沖實際上不必應用。）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合。電源毛刺或不良時鐘脈沖觸發(fā)系統(tǒng)中的某些但不是全部AD9779器件時，可能發(fā)生器件失去同步的情況。

　　時序規(guī)格。

　　個需要注意的時序規(guī)格是SYNC_I與REFCLK之間的關系，如圖7所示。從AD9779數(shù)據(jù)手冊可知，所需的時序規(guī)格為：tS = -0.2 ns,tH = 1.0 ns.

圖7. REFCLK與SYNC_I的時序關系

　　如果DACCLK OFFSET值被設置為非0值，則圖7所示的DACCLK信號會左移一個DACCLK周期。同樣，如果SYNC_I_DELAY被設置為非0值，則SYNC_I_DELAY每遞增，圖7中的SYNC_I信號就會左移AD9779數(shù)據(jù)手冊給定的SYNC_I_DELAY增量。

　　第二個重要時序規(guī)格是DATACLK輸出與數(shù)字輸入數(shù)據(jù)之間的時序關系，該時序信息如圖8所示。當DATACLK_DELAY_ENABLE復位時，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），而數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的采樣點保持靜止。因此，tS和tH的阻擋窗口相對于DATACLK左移。DATACLK_DELAY_ENABLE置1時，每遞增的平均延遲和DATACLK_DELAY的增量值參見AD9779數(shù)據(jù)手冊。

圖8. 建立保持、DATACLK到輸入數(shù)據(jù)