使用高速數據轉換器快速取得成功的關(guān)鍵

無(wú)論是設計測試和測量設備還是汽車(chē)激光雷達模擬前端（AFE），使用現代高速數據轉換器的硬件設計人員都面臨高頻輸入、輸出、時(shí)鐘速率和數字接口的嚴峻挑戰。問(wèn)題可能包括與您的現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）相連、確信您的首個(gè)設計通道將起作用或確定在構建系統之前如何對系統進(jìn)行最佳建模。

本文中將仔細研究這些挑戰。

快速的系統開(kāi)發(fā)

開(kāi)始新的硬件設計之前，工程師經(jīng)常會(huì )在自己的測試臺上評估最重要的芯片。一旦獲得了運行典型評估板所需的設備，組件評估通常會(huì )在理想情況的電源和信號源下進(jìn)行。TI大多數情況下會(huì )提供車(chē)載電源和時(shí)鐘，以便您可使用最少的測試臺設備以及如圖1所示設置的更實(shí)際的電源和信號源來(lái)運行電路板。

圖1典型的ADC評估板

驗證性能后，可將更完整的評估板的示意圖和布局作為那一部分子系統的參考設計部分子。我們的數據采集和模式生成工具支持CMOS、LVDS和JESD204，并附帶操作它們所需的軟件。為您的高速數據轉換器使用評估板用戶(hù)指南，可在不到10分鐘的時(shí)間內啟動(dòng)并運行大多數評估板。參見(jiàn)圖2。

圖2 TI的數據采集和模式生成的硬件和軟件

隨著(zhù)系統變得越來(lái)越復雜，您可能需要評估更廣范圍的用例。此時(shí)你可能會(huì )需要一塊評估板。如果您的評估需求變得復雜，則可使用Python、MATLAB、LabVIEW或C ++軟件通過(guò)設備評估板、采集卡解決方案和測試臺設備直接與設備通信。我們支持板的一些很好的示例包括用于LVDS/CMOS的TSW1400EVM以及用于支持JESD204B串行器-解串器（SerDes）協(xié)議設備的TSW14J56EVM，如圖3所示。

圖3 TI的用于JESD204B數據采集或模式生成的TSW14J56EVM

TI還支持單臺PC上的有多評估模塊原型的完整系統級模型。例如，通過(guò)將KCU105或VCU118等Xilinx FPGA開(kāi)發(fā)套件連接到多個(gè)模擬-數字轉換器（ADC）或數字-模擬轉換器（DAC），可同時(shí)測試發(fā)送和接收通道。

在線(xiàn)CTA：

加速從概念到原型的設計。

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FPGA連通性以及JESD204B和JESD204C

您可能要解決的最大問(wèn)題之一是如何在FPGA中獲取數據。盡管LVDS和CMOS是簡(jiǎn)易接口，但它們在設備上每個(gè)管腳上支持的速度極其有限。隨著(zhù)更新型的高速數據轉換器更普遍地支持> 1 GSPS的輸入或輸出速率，這些接口要么失去市場(chǎng)，要么使設計變得復雜。

為微電子行業(yè)制定開(kāi)放標準的JEDEC創(chuàng )建了JESD204，通過(guò)支持超過(guò)12.5 Gbps的差分對通道速率來(lái)解決此問(wèn)題。但盡管JESD204最大限度地減少了管腳數量，但它通過(guò)對并行數據進(jìn)行編碼和串行化或反序列化和解碼增加了接口復雜性。

到目前為止，您不得不主要依靠JESD204知識產(chǎn)權（IP）塊和FPGA供應商提供的支持。盡管這些IP塊可很好地工作，但它們以支持任意配置的任何設備的方式提供。這意味著(zhù)很難為您的特定用例進(jìn)行了解和配置。您需要花費大量精力自己設計IP，或從第三方IP提供商那里尋求IP。但如果出現問(wèn)題，第三方IP將需要在實(shí)現方面提供幫助和支持。

TI自有的 JESD204快速設計IP 可針對您的FPGA平臺、數據轉換器和JESD204模式進(jìn)行預配置和優(yōu)化。我們的IP需要更少的FPGA資源，同時(shí)還可針對每種特定用途進(jìn)行定制。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現JESD204鏈接僅需數小時(shí)或數天，而非數周或數月的時(shí)間。

設備模型

隨著(zhù)直接射頻（RF）采樣和超快SerDes與高速數據轉換器的結合變得越來(lái)越普遍，對RF和信號完整性進(jìn)行建模的能力已成為成功通過(guò)首次設計的必要條件。傳統上講，大多數供應商僅為S參數模型中的ADC提供輸入阻抗信息，但TI的ADC12DJ3200、ADC12DJ5200RF和ADC12QJ1600-Q1高頻輸入器件的目標是高達8 GHz的采樣頻率，現在具有包含阻抗和頻率響應信息的S參數模型。

使用此新模型，您可模擬預期的設備行為并優(yōu)化阻抗匹配。TI的策略是在支持極高的輸入和輸出頻率的設備上提供這些模型，而阻抗匹配和實(shí)現所需的頻率響應則更具挑戰性。

在數據轉換器的數字接口側，輸入/輸出緩沖區信息規范（IBIS）是一種通用模型，可為CMOS和LVDS管腳提供物理層信息以及DC和AC類(lèi)型的行為。對于大多數使用高速JESD204 SerDes的新型數據轉換器，這些模型已改進(jìn)為IBIS-算法建模接口（AMI），其中包括有助于應用均衡和預加重或后加重的有用信息。IBIS-AMI提供您所需的建模功能，使您首次即可正確使用電路板，同時(shí)實(shí)現良好的誤碼率、信號完整性和穩健的數據鏈路。圖4所示為RF（綠色）和數字接口（藍色）模型。

圖4 接口建模

結論

無(wú)論您使用高速數據轉換器進(jìn)行設計已有一段時(shí)間，還是對高速設計還不太熟悉，都不用擔心，因為T(mén)I正設計易于使用的高速數據轉換器。我們構建了一個(gè)可簡(jiǎn)化所有工作的完整開(kāi)發(fā)環(huán)境，如圖5所示。

利用可輕松實(shí)現FPGA集成的現成IP、精確的RF系統模型以及市場(chǎng)上穩健的一組靈活、可擴展和可自動(dòng)化的評估模塊，您可縮短幾個(gè)月的固件開(kāi)發(fā)時(shí)間、減少昂貴的設計周期并加快從概念到原型的高速設計。

圖5 典型的高速模擬-數字轉換器（ADC）評估環(huán)境

其他資源：

●   使用我們的 高速數據轉換器專(zhuān)業(yè)版軟件 評估您的高速數據轉換器或AFE平臺。

●   重溫我們TI高精度實(shí)驗室培訓系列的基礎知識，“ 高速模擬-數字轉換器（ADC）基礎知識 . ”

●   在我們的應用報告， 從JESD204B升級到JESD204C時(shí)的系統設計注意事項 中了解有關(guān)JESD204標準之間差異的更多信息。。

●   在我們的技術(shù)文章“ 因此，S參數究竟是什么？ ”中了解有關(guān)S參數模型的更多信息。