無論是設計測試和測量設備還是汽車激光雷達模擬前端（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、時鐘速率和數字接口的嚴峻挑戰。問題可能包括與您的現場可編程門陣列（FPGA）相連、確信您的首個設計通道將起作用或確定在構建系統之前如何對系統進行最佳建模。

本文中將仔細研究這些挑戰。

快速的系統開發

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指南，可在不到 10 分鐘的時間內啟動并運行大多數評估板。參見圖 2。

圖 2：TI 的數據采集和模式生成的硬件和軟件

隨著系統變得越來越復雜，您可能需要評估更廣范圍的用例。此時你可能會需要一塊評估板。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，通過將 KCU105 或 VCU118 等 Xilinx FPGA 開發套件連接到多個模擬 - 數字轉換器（ADC）或數字 - 模擬轉換器（DAC），可同時測試發送和接收通道。

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 中獲取數據。盡管 LVDS 和 CMOS 是簡易接口，但它們在設備上每個管腳上支持的速度極其有限。隨著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，要么使設計變得復雜。

為微電子行業制定開放標準的 JEDEC 創建了 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量，但它通過對并行數據進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。這意味著很難為您的特定用例進行了解和配置。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。但如果出現問題，第三方 IP 將需要在實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 模式進行預配置和優化。我們的 IP 需要更少的 FPGA 資源，同時還可針對每種特定用途進行定制。另一個優點是實現 JESD204 鏈接僅需數小時或數天，而非數周或數月的時間。

設備模型
隨著直接射頻（RF）采樣和超快 SerDes 與高速數據轉換器的結合變得越來越普遍，對 RF 和信號完整性進行建模的能力已成為成功通過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，同時實現良好的誤碼率、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

利用可輕松實現 FPGA 集成的現成 IP、精確的 RF 系統模型以及市場上穩健的一組靈活、可擴展和可自動化的評估模塊，您可縮短幾個月的固件開發時間、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）評估環境

編輯：hfy