使用高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器快速取得成功的關(guān)鍵
發(fā)布時(shí)間:2020-11-01 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】無論是設(shè)計(jì)測試和測量設(shè)備還是汽車激光雷達(dá)模擬前端(AFE),使用現(xiàn)代高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的硬件設(shè)計(jì)人員都面臨高頻輸入、輸出、時(shí)鐘速率和數(shù)字接口的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。問題可能包括與您的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)相連、確信您的首個(gè)設(shè)計(jì)通道將起作用或確定在構(gòu)建系統(tǒng)之前如何對系統(tǒng)進(jìn)行最佳建模。
本文中將仔細(xì)研究這些挑戰(zhàn)。
快速的系統(tǒng)開發(fā)
開始新的硬件設(shè)計(jì)之前,工程師經(jīng)常會在自己的測試臺上評估最重要的芯片。一旦獲得了運(yùn)行典型評估板所需的設(shè)備,組件評估通常會在理想情況的電源和信號源下進(jìn)行。TI大多數(shù)情況下會提供車載電源和時(shí)鐘,以便您可使用最少的測試臺設(shè)備以及如圖1所示設(shè)置的更實(shí)際的電源和信號源來運(yùn)行電路板。
圖1:典型的ADC評估板
驗(yàn)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(tǒng)的參考設(shè)計(jì)部分子。我們的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器使用評估板用戶指南,可在不到10分鐘的時(shí)間內(nèi)啟動并運(yùn)行大多數(shù)評估板。參見圖2。
圖2:TI的數(shù)據(jù)采集和模式生成的硬件和軟件
隨著系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜,您可能需要評估更廣范圍的用例。此時(shí)你可能會需要一塊評估板。如果您的評估需求變得復(fù)雜,則可使用Python、MATLAB、LabVIEW或C ++軟件通過設(shè)備評估板、采集卡解決方案和測試臺設(shè)備直接與設(shè)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(shè)備的TSW14J56EVM,如圖3所示。
圖3:TI的用于JESD204B數(shù)據(jù)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(tǒng)級模型。例如,通過將KCU105或VCU118等Xilinx FPGA開發(fā)套件連接到多個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)或數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC),可同時(shí)測試發(fā)送和接收通道。
在線CTA:
加速從概念到原型的設(shè)計(jì)。
探索我們的JESD204快速設(shè)計(jì)IP,以簡化FPGA集成并縮短總體開發(fā)時(shí)間。
FPGA連通性以及JESD204B和JESD204C
您可能要解決的最大問題之一是如何在FPGA中獲取數(shù)據(jù)。盡管LVDS和CMOS是簡易接口,但它們在設(shè)備上每個(gè)管腳上支持的速度極其有限。隨著更新型的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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,要么使設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。
為微電子行業(yè)制定開放標(biāo)準(zhǔn)的JEDEC創(chuàng)建了JESD204,通過支持超過12.5 Gbps的差分對通道速率來解決此問題。但盡管JESD204最大限度地減少了管腳數(shù)量,但它通過對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和串行化或反序列化和解碼增加了接口復(fù)雜性。
到目前為止,您不得不主要依靠JESD204知識產(chǎn)權(quán)(IP)塊和FPGA供應(yīng)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(shè)備的方式提供。這意味著很難為您的特定用例進(jìn)行了解和配置。您需要花費(fèi)大量精力自己設(shè)計(jì)IP,或從第三方IP提供商那里尋求IP。但如果出現(xiàn)問題,第三方IP將需要在實(shí)現(xiàn)方面提供幫助和支持。
TI自有的JESD204快速設(shè)計(jì)IP可針對您的FPGA平臺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和JESD204模式進(jìn)行預(yù)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(xiàn)JESD204鏈接僅需數(shù)小時(shí)或數(shù)天,而非數(shù)周或數(shù)月的時(shí)間。
設(shè)備模型
隨著直接射頻(RF)采樣和超快SerDes與高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)合變得越來越普遍,對RF和信號完整性進(jìn)行建模的能力已成為成功通過首次設(shè)計(jì)的必要條件。傳統(tǒng)上講,大多數(shù)供應(yīng)商僅為S參數(shù)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(biāo)是高達(dá)8 GHz的采樣頻率,現(xiàn)在具有包含阻抗和頻率響應(yīng)信息的S參數(shù)模型。
使用此新模型,您可模擬預(yù)期的設(shè)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(shè)備上提供這些模型,而阻抗匹配和實(shí)現(xiàn)所需的頻率響應(yīng)則更具挑戰(zhàn)性。
在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口側(cè),輸入/輸出緩沖區(qū)信息規(guī)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類型的行為。對于大多數(shù)使用高速JESD204 SerDes的新型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(yīng)用均衡和預(yù)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(xiàn)良好的誤碼率、信號完整性和穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈路。圖4所示為RF(綠色)和數(shù)字接口(藍(lán)色)模型。
圖4:接口建模
結(jié)論
無論您使用高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)計(jì)已有一段時(shí)間,還是對高速設(shè)計(jì)還不太熟悉,都不用擔(dān)心,因?yàn)門I正設(shè)計(jì)易于使用的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。我們構(gòu)建了一個(gè)可簡化所有工作的完整開發(fā)環(huán)境,如圖5所示。
利用可輕松實(shí)現(xiàn)FPGA集成的現(xiàn)成IP、精確的RF系統(tǒng)模型以及市場上穩(wěn)健的一組靈活、可擴(kuò)展和可自動化的評估模塊,您可縮短幾個(gè)月的固件開發(fā)時(shí)間、減少昂貴的設(shè)計(jì)周期并加快從概念到原型的高速設(shè)計(jì)。
圖5:典型的高速模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)評估環(huán)境
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