詳解JESD204B串行接口時(shí)鐘需求及其實(shí)現(xiàn)方法

隨著數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率越來(lái)越高，JESD204B串行接口已經(jīng)越來(lái)越多地廣泛用在數(shù)模轉(zhuǎn)換器上，其對(duì)器件時(shí)鐘和同步時(shí)鐘之間的時(shí)序關(guān)系有著嚴(yán)格需求。本文就重點(diǎn)講解了JESD204B數(shù)模轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘規(guī)范，以及利用TI公司的芯片實(shí)現(xiàn)其時(shí)序要求。

1. JESD204B介紹

1.1 JESD204B規(guī)范及其優(yōu)勢(shì)

JESD204是基于SerDes($174.9800)的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，主要用于數(shù)模轉(zhuǎn)換器和邏輯器件之間的數(shù)據(jù)傳輸，其最早的版本是JESD204A，現(xiàn)在是JESD204Bsubclass0，subclass1，subclass2.區(qū)別主要在于其對(duì)同步和鏈路間固定時(shí)差的測(cè)量。目前市場(chǎng)上比較多地?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器接口是JESD204B subclass1.其最大傳輸速率可達(dá)12.5Gbps，支持多鏈路和多器件的同步以及固定時(shí)差的測(cè)量。下表是各版本之間的差異：

Table 1

在JESD204接口出現(xiàn)以前，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口絕大多數(shù)是差分LVDS的接口，這就造成了布板的困難，當(dāng)PCB的密度很大的時(shí)候就需要增加板層從而造成印制板的成本上升。而JESD204B接口是串行接口，能有效減少數(shù)據(jù)輸出的差分對(duì)，能最大限度的簡(jiǎn)化Layout.因此JESD204B是高密度板不可或缺的接口。但因其需要進(jìn)行嚴(yán)格的同步和以及時(shí)延的測(cè)量，與之接口的邏輯會(huì)比LVDS接口復(fù)雜很多，幸運(yùn)的是現(xiàn)在邏輯廠商都集成了專(zhuān)用的JESD204IPCore在他們的軟件里，從而簡(jiǎn)化了邏輯的設(shè)計(jì)。

1.2 JESD204B時(shí)鐘的需求

盡管JESD204B也有不同的版本，但越來(lái)越多的廠商選擇Subclass1，因此市面上絕大多數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器都是基于這個(gè)版本設(shè)計(jì)的。本文就以JESD204B subclass1來(lái)討論時(shí)鐘的時(shí)序需要以及TI時(shí)鐘芯片方案的實(shí)現(xiàn)。任何一個(gè)串行協(xié)議都離不開(kāi)幀和同步，JESD204B也不例外，也需要收發(fā)雙方有相同的幀結(jié)構(gòu)，然后以一種方式來(lái)同步，即辨別起始。JESD204B是以時(shí)鐘信號(hào)的沿來(lái)辨別同步的開(kāi)始，以及通過(guò)一定的握手信號(hào)使得收發(fā)雙方能夠正確識(shí)別幀的長(zhǎng)度和邊界，因此時(shí)鐘信號(hào)及其時(shí)序關(guān)系對(duì)于JESD204B就顯得極其重要。下圖是典型的JESD204B系統(tǒng)的系統(tǒng)連接，Device Clock是器件工作的主時(shí)鐘，一般在數(shù)模轉(zhuǎn)換器里為

圖1

其采樣時(shí)鐘或者整數(shù)倍頻的時(shí)鐘，其協(xié)議本身的幀和多幀的時(shí)鐘也是基于Device Clock.SYSREF是用于指示不同轉(zhuǎn)換器或者邏輯的Device Clock的沿，或者不同器件間Deterministic latency的參考。如下圖所示，Device Clock和SYSREF必須滿(mǎn)足的時(shí)序關(guān)系。

圖2

SYSREF的第一個(gè)上升沿要非常容易的能被Device Clock捕捉到，這樣就需要SYSREF和Device Clock滿(mǎn)足上圖的時(shí)序關(guān)系。通常會(huì)因?yàn)镻CB的線(xiàn)長(zhǎng)以及時(shí)鐘器件不同通道輸出時(shí)的Skew，會(huì)帶來(lái)一定的誤差，Device Clock的上升沿不一定正好在SYSREF的脈沖的正中間，工程上只要在一定范圍內(nèi)就能保證JESD204收發(fā)正常工作。

2.JESD204B時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)

2.1專(zhuān)用的JESD204B時(shí)鐘芯片

LMK04820系列的時(shí)鐘芯片是一款專(zhuān)用的JESD204B時(shí)鐘芯片，Device Clock和SYSREF是成對(duì)輸出的，其輸出的時(shí)序滿(mǎn)足其時(shí)序要求，應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，但當(dāng)用戶(hù)需要連續(xù)模式的SYSREF時(shí)，會(huì)引起一定串?dāng)_如下圖所示(983.04MDevclk and 7.68MSysREF)，可能會(huì)造成數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能下降。當(dāng)然SYSREF工作在脈沖模式，LMK04820是一個(gè)完美選擇。如果板上JESD204B時(shí)鐘路數(shù)較多，LMK04820的輸出不能滿(mǎn)足要求，可以用LMK1802擴(kuò)展得到更多的時(shí)鐘輸出。[!--empirenews.page--]

圖3

2.2通用的LVDS時(shí)鐘芯片

在某些應(yīng)用中客戶(hù)的系統(tǒng)上既有JESD204B的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，也有LVDS接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，或者客戶(hù)需要用到連續(xù)模式的SYSREF，這時(shí)LMK04800系列的時(shí)鐘芯片是理想選擇。LMK04800是帶有輸出延時(shí)調(diào)整的去抖芯片，我們調(diào)整其輸出的延時(shí)，使得兩路不同通道的輸出的時(shí)序滿(mǎn)足JESD204B時(shí)序的要求，分別作為Device Clock和SYSREF.因此延時(shí)調(diào)整是LVDS時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)JESD204B時(shí)鐘的核心。

LMK04800的輸出有數(shù)字延時(shí)和模擬延時(shí)，在多數(shù)應(yīng)用時(shí)數(shù)字延時(shí)的調(diào)整精度已經(jīng)能滿(mǎn)足了，因此不推薦模擬延時(shí)調(diào)整，另外模擬延時(shí)會(huì)帶來(lái)輸出時(shí)鐘噪底的惡化，一般會(huì)惡化3-5db.數(shù)字延時(shí)的精度取決于第二級(jí)集成VCO

如果VCO_DIV沒(méi)有用或者用外部的VCO，則分子必須等于1.當(dāng)延時(shí)設(shè)置完成后，必須有同步事件才能使得設(shè)置生效，同步可以通過(guò)寄存器，硬件管腳去觸發(fā)。當(dāng)明白了數(shù)字延時(shí)的調(diào)整精度，再結(jié)合PCB傳輸延時(shí)就可以計(jì)算出最大的調(diào)整誤差。如果Device Clock是1GHz，而此時(shí)VCO的頻率是3GHz，則根據(jù)上面公式調(diào)整精度是167ps，另外我們需要考慮到器件不同輸出通道的Skew，這里假設(shè)±30ps，另外還需要考慮到SYSREF和Device Clock的PCB長(zhǎng)度不等長(zhǎng)，這里假設(shè)0.5cm，約±30ps，則我們可以得到SYSREF可調(diào)整的窗口：

圖4

圖中400ps是LMK04800 LVDS的輸出的上升沿和下降沿所用時(shí)間(上升沿和下降沿都是200ps)。圖中我們可以根據(jù)以上的條件計(jì)算得到調(diào)整精度是167ps，Device Clock的周期是1000ps，則可調(diào)整的窗口為1000-400-120=480ps，即為紅色的的影映區(qū)域，當(dāng)SYSREF的上升沿在紅色的區(qū)域調(diào)整時(shí)，Device clock可以容易的檢測(cè)到SYSREF的上升沿，否則需要等到下一個(gè)Device clock周期才能檢測(cè)到SYSREF上升沿。

3結(jié)論及其測(cè)試驗(yàn)證

相比LMK04828($12.6000)，我們用LMK04800和LMK01010($7.7512)產(chǎn)生JESD204B的時(shí)鐘，既能滿(mǎn)足

圖5

全是JESD204B的器件的要求，也能很好的用在有LVDS接口需要的系統(tǒng)中。另外LMK04800是一款非常成熟的具有高延時(shí)精度的時(shí)鐘芯片，其性能被用戶(hù)廣泛接受，同時(shí)在某些需要用延時(shí)調(diào)整去適應(yīng)DPD算法的應(yīng)用中也能很好提供完美時(shí)鐘解決方案。如下圖所示，這是通過(guò)調(diào)整LMK04800的輸出延時(shí)，用示波器采集的JESD204B的時(shí)鐘，其時(shí)序能很好的滿(mǎn)足其標(biāo)準(zhǔn)。