【導讀】隨著數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率越來越高，JESD204B 串行接口已經(jīng)越來越多地廣泛用在數(shù)模轉(zhuǎn)換器上，其對器件時鐘和同步時鐘之間的時序關(guān)系有著嚴格需求。本文就重點講解了JESD204B 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的時鐘規(guī)范，以及利用TI 公司的芯片實現(xiàn)其時序要求。
1. JESD204B 介紹
1.1 JESD204B 規(guī)范及其優(yōu)勢
JESD204 是基于SerDes(＄174.9800) 的串行接口標準，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)別主要在于其對同步和鏈路間固定時差的測量。目前市場上比較多地數(shù)模轉(zhuǎn)換器接口是JESD204B subclass1。其最大傳輸速率可達12.5Gbps，支持多鏈路和多器件的同步以及固定時差的測量。下表是各版本之間的差異：
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PCB 的密度很大的時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，能最大限度的簡化Layout。因此JESD204B 是高密度板不可或缺的接口。但因其需要進行嚴格的同步和以及時延的測量，與之接口的邏輯會比LVDS 接口復雜很多，幸運的是現(xiàn)在邏輯廠商都集成了專用的JESD204IPCore 在他們的軟件里，從而簡化了邏輯的設(shè)計。
1.2 JESD204B 時鐘的需求
盡管JESD204B 也有不同的版本，但越來越多的廠商選擇Subclass1，因此市面上絕大多數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器都是基于這個版本設(shè)計的。本文就以JESD204B subclass1 來討論時鐘的時序需要以及TI 時鐘芯片方案的實現(xiàn)。任何一個串行協(xié)議都離不開幀和同步，JESD204B 也不例外，也需要收發(fā)雙方有相同的幀結(jié)構(gòu)，然后以一種方式來同步，即辨別起始。JESD204B是以時鐘信號的沿來辨別同步的開始，以及通過一定的握手信號使得收發(fā)雙方能夠正確識別幀的長度和邊界，因此時鐘信號及其時序關(guān)系對于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 是器件工作的主時鐘，一般在數(shù)模轉(zhuǎn)換器里為
其采樣時鐘或者整數(shù)倍頻的時鐘，其協(xié)議本身的幀和多幀的時鐘也是基于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 必須滿足的時序關(guān)系。
SYSREF 的第一個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 滿足上圖的時序關(guān)系。通常會因為PCB 的線長以及時鐘器件不同通道輸出時的Skew，會帶來一定的誤差，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。
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2．JESD204B 時鐘的實現(xiàn)
2.1 專用的JESD204B 時鐘芯片
LMK04820 系列的時鐘芯片是一款專用的JESD204B 時鐘芯片，Device Clock 和SYSREF是成對輸出的，其輸出的時序滿足其時序要求，應(yīng)用較為簡單，但當用戶需要連續(xù)模式的SYSREF 時，會引起一定串擾如下圖所示（983.04MDevclk and 7.68MSysREF），可能會造成數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能下降。當然SYSREF 工作在脈沖模式，LMK04820 是一個完美選擇。如果板上JESD204B 時鐘路數(shù)較多，LMK04820 的輸出不能滿足要求，可以用LMK1802 擴展得到更多的時鐘輸出。
2.2 通用的LVDS 時鐘芯片
在某些應(yīng)用中客戶的系統(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，或者客戶需要用到連續(xù)模式的SYSREF，這時LMK04800 系列的時鐘芯片是理想選擇。LMK04800 是帶有輸出延時調(diào)整的去抖芯片，我們調(diào)整其輸出的延時，使得兩路不同通道的輸出的時序滿足JESD204B 時序的要求，分別作為Device Clock 和 SYSREF。因此延時調(diào)整是LVDS 時鐘芯片實現(xiàn)JESD204B 時鐘的核心。
LMK04800 的輸出有數(shù)字延時和模擬延時，在多數(shù)應(yīng)用時數(shù)字延時的調(diào)整精度已經(jīng)能滿足了，因此不推薦模擬延時調(diào)整，另外模擬延時會帶來輸出時鐘噪底的惡化，一般會惡化3-5db。數(shù)字延時的精度取決于第二級集成VCO。
如果VCO_DIV 沒有用或者用外部的VCO，則分子必須等于1 。當延時設(shè)置完成后，必須有同步事件才能使得設(shè)置生效，同步可以通過寄存器，硬件管腳去觸發(fā)。當明白了數(shù)字延時的調(diào)整精度，再結(jié)合PCB 傳輸延時就可以計算出最大的調(diào)整誤差。如果Device Clock 是1GHz，而此時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 長度不等長，這里假設(shè)0.5cm，約±30ps，則我們可以得到SYSREF 可調(diào)整的窗口：
圖中400ps 是LMK04800 LVDS 的輸出的上升沿和下降沿所用時間（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SYSREF 的上升沿在紅色的區(qū)域調(diào)整時，Device clock 可以容易的檢測到SYSREF 的上升沿，否則需要等到下一個Device clock 周期才能檢測到SYSREF 上升沿。
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3 結(jié)論及其測試驗證
相比LMK04828(＄12.6000)，我們用LMK04800 和LMK01010(＄7.7512) 產(chǎn)生JESD204B 的時鐘，既能滿足全是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精度的時鐘芯片，其性能被用戶廣泛接受，同時在某些需要用延時調(diào)整去適應(yīng)DPD 算法的應(yīng)用中也能很好提供完美時鐘解決方案。如下圖所示，這是通過調(diào)整LMK04800 的輸出延時，用示波器采集的JESD204B 的時鐘，其時序能很好的滿足其標準。
