如何使用JESD204B同步多個ADC？這里有個方法~

許多通信、儀器儀表和信號采集系統(tǒng)需要同時通過多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對模擬輸入信號進行采樣。由于這些輸入信號各自有不同的延遲，所以必須對輸入的采樣數(shù)據(jù)做同步處理。為滿足低電壓數(shù)字信號(LVDS)和并行輸出ADC的需要，延遲不一致的問題對系統(tǒng)設(shè)計人員而言歷來是一個難題。

JESD204B提供了一個方法通過一個或多個差分信號發(fā)送高速串行數(shù)據(jù)，比如發(fā)送ADC的輸出。JESD204B規(guī)范本身具有實現(xiàn)通道間粗調(diào)對齊的功能。數(shù)據(jù)分割為幀，并持續(xù)發(fā)送至接收器。通過使用系統(tǒng)參考事件信號(SYSREF)，JESD204B Subclass 1接口支持多個串行通道鏈路或多個ADC的數(shù)據(jù)對齊至SYSREF，以便同步發(fā)射器和接收器的內(nèi)部幀時鐘。這使得采用JESD204B鏈路的設(shè)備具有確定延遲。但是，為了讓采樣同步達到徹底的時序收斂，仍然有許多挑戰(zhàn)等待系統(tǒng)設(shè)計人員去解決，如PCB布局考慮、時鐘匹配和產(chǎn)生SYSREF以滿足時序、SYSREF的周期性以及數(shù)字FIFO延遲的要求。

設(shè)計師必須決定設(shè)備時鐘和SYSREF信號如何生成、以及如何在系統(tǒng)中分配。理想狀態(tài)下，設(shè)備時鐘和SYSREF應(yīng)具有相同的擺幅和電平偏移以防止在器件引腳端引入固有的時延。SYSREF既可作為系統(tǒng)啟動時候所需的單次觸發(fā)，也可作為任意時刻需要同步時即可發(fā)生的重復(fù)信號。需要將時鐘和SYSREF信號的最大偏斜納入考慮范圍，并仔細布局PCB，以滿足整個電路板、連接器、背板和多種元件對于建立和保持時間的要求。最后，應(yīng)將JESD204B發(fā)射器和接收器內(nèi)部的數(shù)字FIFO以及信號跨時鐘域傳輸所造成的固有時延計算在內(nèi)并在后臺數(shù)據(jù)處理中消除。

系統(tǒng)時鐘可由晶振、VCO和時鐘發(fā)生或時鐘分配芯片產(chǎn)生。雖然特定的系統(tǒng)性能將決定對時鐘的需求，但必須使用多個同步ADC來產(chǎn)生與輸入時鐘源同步的SYSREF信號。這使得時鐘源的 選擇成為重要的考慮因素，因為要能夠通過已知時鐘邊沿在特定的時間點上鎖存這一系統(tǒng)參考事件。若SYSREF信號和時鐘未鎖相，則無法達到這樣的效果。

可使用FPGA為系統(tǒng)提供SYSREF事件。然而，除非FPGA也同步至發(fā)送到ADC的主時鐘，否則FPGA發(fā)出的SYSREF信號很難跟主時鐘對齊相位。另一種方法是由時鐘發(fā)生或時鐘分配芯片提供 SYSREF信號，可通過發(fā)送至整個系統(tǒng)的信號相位同步至多個時鐘。采用此種方法，則SYSREF時間根據(jù)系統(tǒng)需要，既可以是啟動時的一次性事件，也可以是重復(fù)信號。

只要確定性延遲在整個系統(tǒng)的ADC和FPGA內(nèi)保持恒定，則可能并不需要額外的SYSREF脈沖，除非為了幫助產(chǎn)生特定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。因此，用于時鐘對齊的周期性SYSREF脈沖可忽略或過濾掉，直到同步丟失。可只標(biāo)識SYSREF發(fā)生過，但不重置JESD204B鏈路。

為了初始化ADC通道確定的起始點，系統(tǒng)工程師必須要能滿足所有分布在系統(tǒng)中的SYSREF的時序要求。這意味著必須滿足和時鐘相關(guān)的建立和保持時間。只要能夠滿足到達第一個所需 時鐘的建立時間要求，使用跨越多個時鐘周期、相對較長的SYSREF脈沖可用于滿足保持時間的需要。必須格外注意PCB的布局，保證系統(tǒng)中時鐘和SYSREF布線長度匹配，以便使偏斜盡可能小。這可能是獲得通道間同步采樣處理結(jié)果的最困難的部分。隨著ADC編碼時鐘速率的增加以及多電路板系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，這一過程還將變得更困難。

系統(tǒng)工程師必須確定知道每個器件上的在電路板元件之間以及連接器上的SYSREF至?xí)r鐘的偏斜。任何殘余的器件間數(shù)字和時鐘偏斜延遲都必須在FPGA或ASIC內(nèi)有效歸零。后臺處理可能改變ADC的采樣順序并進行任何必要的重對齊，以便為數(shù)據(jù)的進一步同步處理作準(zhǔn)備。在后臺FPGA或ASIC中，可通過延遲最快的數(shù)據(jù)采樣和發(fā)射器延遲，使其與最慢的數(shù)據(jù)采樣對齊，以完成器件間采樣偏斜的校正。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，這可能需要用到多個FPGA或ASIC，每個器件都需要了解其器件間總采樣延遲，以便用于最終的對齊。通過在JESD204B接收器中采用合適的緩沖器延遲來應(yīng)對每個特定的發(fā)射器延遲，器件間的采樣偏斜便可在整個系統(tǒng)中與已知確定值對齊。

AD9250是ADI的一款250 MSPS、14位、雙通道ADC，可在subclass1的實施中支持JESD204B接口。該子類支持采用SYSREF事件信號的ADC采樣同步。AD9525是一款低抖動時鐘發(fā)生器，不僅提供7個高達3.1 GHz的時鐘輸出，還可根據(jù)用戶配置同步SYSREF輸出信號。這兩款產(chǎn)品與ADI的可選扇出緩沖器產(chǎn)品組合使用，可精確同步與對齊多個發(fā)送至FPGA或ASIC處理的ADC數(shù)據(jù)。

圖1. AD9250、AD9525和FPGA示意圖。