多个AD9779TxDAC器件的同步

简介

　　AD9779 TxDAC的DAC输出采样速率最高可达1 GSPS.在某些应用中，例如需要波束导引的应用，用户可以同步多个AD9779.因此，当AD9779以接近最高速度工作时，TxDAC时序特性变得至关重要。

　　本应用笔记不讨论AD9779运作涉及到的全部细节。若要全面了解其内部数字引擎，用户应参阅AD9779数据手册。本应用笔记扩展了SYNC_I的使用，使多个AD9779器件实现相同的REFCLK/DATACLK同步。

　　在传统的插值TxDAC中，当DAC采用DAC输出采样速率时钟驱动时，会产生两个问题。第一，可能难以确定输入数据在哪一个DACCLK沿锁存。多数DAC解决这一问题的方法是提供一个DATACLK信号输出，以指示输入寄存器锁存沿的位置。第二个问题发生于用户试图同步多个TxDAC时，这是本应用笔记的主题。多个器件的DATACLK输出并不保证同步，上电时仅靠器件本身不大可能实现同步。AD9779解决这一问题的方法是为数据同步提供第二个时钟，该时钟称为SYNC_I,是AD9779的一路输入，可以用来同步多个AD9779的输入数据锁存。

　　本应用笔记将详细说明用于同步多个AD9779器件的数字数据输入的方法。DAC输出的相位对齐通过设计保证，精度小于一个DACCLK输出周期。然而，由于输出延迟不匹配（室温下及冷热温度下），多个DAC输出的相位对齐可能存在细微的不一致，本应用笔记不讨论这一问题。

　　同步方案

　　同步多个AD9779 DAC有两种方案。在第一种方案中，一个器件用作主器件，其余器件用作从器件。在第二种方案中，所有器件都是从器件。两种方案具有相同的时序限制，不存在性能权衡。主/从模式和从模式的框图分别如图1和图2所示。



图1. 主/从SYNC_I/O分配



图2. 从SYNC_I分配

同步详解

　　工作中，差分时钟信号驱动所有主器件和从器件的AD9779 REFCLK输入。REFCLK输入接收器是一个高增益差分放大器，各差分输入需要接近400 mV的共模输入电平和至少400 mV p-p的摆幅。

　　如果选定了主器件，可以使能主器件的差分LVDS输出信号，该信号称为SYNC_O+和SYNC_O?.通过寄存器0x07的位5,可以将SYNC_O设置为在DACCLK的上升沿或下降沿触发。SYNC_O还有一个可编程的延迟，可以通过寄存器0x04的位0 （MSB）和寄存器0x05的位[7:4] （LSB）设置。SYNC_O通过将同步驱动器使能位（寄存器0x07的位6）置1而使能。SYNC_O信号速度可以是REFCLK速度的整数除数，通过寄存器0x04的位[3:1]设置。主器件的REFCLK输入和SYNC_O信号的可能时序情况如图3所示。


图3. DACCLK SYNC_O时序

　　SYNC_O驱动器和SYNC_I接收器规定用于LVDS电平（参见AD9779数据手册）。

　　驱动多个AD9779器件的CMOS数字数据输入的并行数字输入总线在时间上应均衡。如果多条数据总线不均衡，可以利用AD9779的编程能力，通过DATA_CLOCK_DELAY（寄存器0x04的位[7:4]）以大约180 ps的增量偏移各AD9779的锁存时间。AD9779无法补偿单条数据总线中包含的位偏斜。

　　在所有AD9779器件上，SYNC_I、REFCLK输入与CMOS数字输入数据之间都存在建立保持关系。AD9779数据手册的"时序信息"部分说明了这些时序关系。

　　SYNC_O和SYNC_O_DELAY的推荐应用是利用SYNC_O_DELAY来均衡SYNC_I和REFCLK的时序，确保其时序关系有效。

　　SYNC_I具有其自己的可编程延迟，可以通过寄存器0x05的位0 （MSB）和寄存器0x06的位[7:4] （LSB）设置。SYNC_I_DELAY可以用于均衡不理想或者选用图2所示电路的应用中。SYNC_I通过将同步接收器使能位（寄存器0x07的位7）置1而使能。

　　表1显示了增量延迟SYNC_O_DELAY和SYNC_I_DELAY,这些延迟可以通过SPI寄存器设置。

表 1



图4所示为用于同步多个AD9779的内部电路框图。在可编程的延迟后，SYNC_I信号得到处理，使得对于SYNC_I的每个上升沿，只剩下一个长度为DACCLK周期的脉冲。注意在这种情况下，DACCLK代表AD9779 DAC的内部采样速率时钟，它可以与REFCLK相同，具体取决于对AD9779的编程。长度为DACCLK周期的该单一脉冲驱动图4中的5位分频器的负载信号。分频器延迟逻辑的5信号输出代表所有插值速率的可能DATACLK信号，包括使能零填充的可能性。通过设置DACCLK偏移寄存器，图4中的位1至位4可以DACCLK周期为增量进行延迟。5位分频器的内部时序、负载信号的影响和DACCLK偏移值如图6所示。



图4. AD9779多DAC同步电路框图

　　边沿检测器还驱动误差检测电路，图5更详细地显示了该电路。可编程误差检测电路可以用来测量时序裕量，如果超出时序裕量，将产生中断。



图5. 可编程时序裕量和负载信号产生详情



图6. SYNC_I、DACCLK和DATACLK的内部时序

　　图5更详细地显示了图4中虚线所示的电路。在电路内部，FF5输入端的信号相互之间必须满足建立保持要求。FF5输入端的无效时序可能导致REFCLK与数字输入数据之间的同步丢失。此点的时序故障通常表现为DAC输出噪底的提高。对于DACCLK和SYNC_I输入，FF5输入端的时序要求变为建立保持要求。

　　改变同步输入延迟可以有效移动REFCLK/SYNC_I的有效时序窗口。在实际应用中，对于给定的同步输入延迟，将产生一个具有给定宽度的有效REFCLK/SYNC_I时序窗口。如果时序裕量按1递增，可以将时序裕量值设置为SYNC IRQ的设置值。将时序裕量设置为此值时，事实上是将SYNC IRQ设置为0裕量。SYNC IRQ不区别建立和保持违规引起的时序误差。然而，根据设计，当可编程时序裕量超过建立和保持裕量二者中的较小者时，SYNC IRQ置1.用户可以通过提高寄存器0x06位[3:0]的值来提高时序裕量。对于0裕量，如果存在任何偏向敏感（建立或保持）特性的漂移，则SYNC IRQ置1.

　　事实上，DACCLK会对边沿检测器的输出进行采样。边沿检测器的输出是一个逻辑高电平宽度等于一个DACCLK周期的单脉冲。为使负载信号有效，边沿检测器的输出在围绕内部DACCLK信号上升沿的给定时序窗口内必须保持稳定（高电平或低电平）。

　　假设可编程时序裕量设为0,并且FF5输入端的时序有效，则FF3和FF4的Q输出相同，SYNC IRQ处于复位状态。在同样的条件下，如果FF5输入端的时序无效，则FF3和FF4的输出不同，SYNC IRQ置1.如果FF5输入端存在有效的时序条件，则必须将可编程时序裕量设置为大于0的值才能确定时序裕量。

　　设计一个在主/从同步配置下使用AD9779的系统时，推荐的程序是在SYNC IRQ置1前找出SYNC_O_DELAY的值（在该值时，可编程时序裕量可以设置为最大可能的值），这代表最佳的时序和最大的时序裕量。然后，用户可以降低可编程时序裕量的值。可编程时序裕量的降幅代表SYNC IRQ对漂移的敏感度。

　　在AD9779可以接收的高DACCLK频率时，DACCLK和SYNC_I的有效时序窗口可能占DACCLK周期相当大的一部分。然而，在较低的DACCLK频率时，可编程时序裕量的范围可能不会让用户有机会找到无效的时序窗口。这种情况下，用户可以确信：在正常漂移下，AD9779不会随温度漂移到无效时序状况中。

　　为确保同步，SYNC_I的最大速率为DATACLK/2,其中DATACLK是AD9779的输入数据速率（不是DACCLK）。图6给出了应用SYNC_I的两个可能示例。在这两个例子中，AD9779均处于4×插值模式，SYNC_I以DACCLK/8的速度运行。因此，4×线也是DATACLK输出信号。在图6 （a）中，DACCLK偏移值设为00000.在内部SYNC_I延迟（a）信号的上升沿，DACCLK上升沿使所有DATACLK输出位复位到0.注意，为在时间（X）设置4×线，SYNC_I延迟必须发生在相对于DACCLK的窗口（Y）。如果SYNC_I延迟（a）的发生时间略微提前或落后于此窗口，4×线的上升沿将提前或滞后一个DACCLK周期。

　　注意，当DACCLK偏移值为00000时，应用SYNC_I延迟（a）与4×线的上升沿之间存在一个DACCLK周期的延迟。

　　在图6 （b）中，DACCLK偏移值在时间（Z）设为00010.因此，8×、4×和2×设为010（与DACCLK偏移位一致）。4×线（DATACLK输出）的下一个上升沿出现在3个DACCLK周期之后。

　　如果多个DAC在某一时间窗口内接收到SYNC_I脉冲，并且它们全都具有相同的DACCLK偏移值，则其DATACLK信号同步。因此，多个AD9779器件的数据锁存同时发生。

　　在初始同步期间，2×、4×和8×计数器位可能不连续。这就是说，在初始应用SYNC_I上升沿时，计数器可能处于这样一种状态，使得同步可能导致其改变多个值。然而，在初始同步完成后，只要SYNC_I的速度保持DATACLK/2或更慢，那么同步脉冲只会在2×、4×和8×位复位到0时出现。（这似乎是多余的，但在实现同步后，SYNC_I脉冲实际上不必应用。）初始脉冲后的周期性SYNC_I脉冲主要用于AD9779器件失去同步这一罕有场合。电源毛刺或不良时钟脉冲触发系统中的某些但不是全部AD9779器件时，可能发生器件失去同步的情况。

　　时序规格。

　　第一个需要注意的时序规格是SYNC_I与REFCLK之间的关系，如图7所示。从AD9779数据手册可知，所需的时序规格为：tS = -0.2 ns,tH = 1.0 ns.


图7. REFCLK与SYNC_I的时序关系

　　如果DACCLK OFFSET值被设置为非0值，则图7所示的DACCLK信号会左移一个DACCLK周期。同样，如果SYNC_I_DELAY被设置为非0值，则SYNC_I_DELAY每递增一次，图7中的SYNC_I信号就会左移AD9779数据手册给定的SYNC_I_DELAY增量。

　　第二个重要时序规格是DATACLK输出与数字输入数据之间的时序关系，该时序信息如图8所示。当DATACLK_DELAY_ENABLE复位时，这些值有效。如果DATACLK_DELAY_ENABLE置1,则DATACLK发生延迟（移至图8右侧），而数字输入数据的采样点保持静止。因此，tS和tH的阻挡窗口相对于DATACLK左移。DATACLK_DELAY_ENABLE置1时，每递增一次的平均延迟和DATACLK_DELAY的增量值参见AD9779数据手册。


图8. 建立保持、DATACLK到输入数据

　　建立保持数据与REFCLK的关系参见AD9779数据手册，某些应用中该数据也是必要的。