Multi-ADC Sistemlerini ve Büyüyen Kompleklerini Anlamak
Modern veri satın alma sistemleri giderek birden fazla Analog-to-Dijital havuza (ADC) geniş bant sinyalleri yakalamaya paralel olarak çalışır, dinamik aralıkları bir aradan çıkarma yoluyla geliştirir veya fazlı-array uygulamaları ile ilgili olarak, orijinal analog sahnelerin sadık bir gösterimine kıyasla, örneğin yakalamanın talep hızla arttı.Bu sistemlerde, bireysel ADC'lerin ürettiği dijital akışlar, bireysel ADC'lerin ürettiği veri toplama, analiz ve yeniden yapılandırmaya yönelik hataları azaltılmalıdır.
Veri tutarlılığı, sistemdeki her ADC'ye eşit olarak dağıtıldığı anlamına gelir. Her bir dönüştürücü, örneklemeli ve benzeri olmayan bir şekilde, birden fazla ADC'yi kullanarak elde edilen dijital kelimeler tam olarak aynı anda korunmuştur.
Data Coherence'de Saat senkronizasyonunun Rolü
Saat senkronizasyonu, tüm ADC saat girişlerinin aynı frekansı ve fazı paylaşmasını sağlamak ve her cihaz örneklerini aynı anda ortak bir referansla aynı anda tekrarladı.Her ADC'nin örnek zamanlarında, ancak tahmin edilebilir ve istikrarlı bir şekilde sabitlenebilir.
Saat sinyalinin kendisi örneklemeyi anlık olarak belirler: Yükselen bir kenar (veya düşen kenar) ADC'nin iç takip ve yüksek frekanslı sinyalleri bile birkaç resimde yakalamak için ADC'nin anlık gerilimi yakalayabilir.Eğer iki ADC'nin saat kenarlarını biraz farklı zamanlarda alırsa, örnek değerleri sürekli giriş dalgasında farklı noktalara karşılık gelir.
Unsynchronized Clocks'ın Etkileri
Saatler ayrı sürüklendiğinde veya uyumlu değildir, birkaç sorun doğrudan veri tutarlılığını tehlikeye attığı ortaya çıkar:
- [FONT=0) Kanalların genelindeki veri yanlışlığı:[Dönetici: 0 ) Farklı ADC'lerden Dijital örnekler, birbirine göre zaman değiştirilmiş olan diğer bir veriye göre değişir.
- [FONT:0) Zamana duyarlı ölçümlerde doğruya doğrulanan doğruluk: Zaman ışığı kapaklı veya nabız-echo radarı gibi uygulamalar her örnek alındığında kesin bilgi gerektirir. Milli derece faz hataları bir araya gelir ve sıralama aralığı çözünürlüğü.
- [FONT:0) sinyal rekontrüksiyonunda zorluk uyandırdı: Intereard ADC sistemleri (zaman aşı) dönüştürücüler arasında yüksek toplam örnek oranları elde etmek için kesin bir zaman aralığına güvenmektedir. Saat skew filtre ve karmaşık kalibrasyon gerektirir.
- [FONT:0) Çok kanallı korelatörlerde korelasyon var: Radyo astronomisi ve pasif radar sistemleri birden fazla alıcıdan gelen sinyalleri çapraz olarak ayarlar.Küçük zamanlama yanlış eşleşmeleri bile korelasyon üstümü azaltır ve yanlış yan lobları tanıtır.
Achieving Synchronization
Gerekli saat senkronizasyonu seviyesine ulaşmak için çeşitli teknikler mevcuttur, her biri karmaşıklık, jitter performansı ve ölçeklenebilirlik ile.
- [[Dönetici:0)Mateli izlerle dolu saat kaynakları paylaşmış: En basit yaklaşım, tek bir yüksek kaliteli saat jeneratörü (daha düşük bir fazlı-faz oscillator) ile üretilen ve her ADC'ye dikkatlice uzun uyumlu PCB izlerini kullanarak hayran kalmış.Bu yöntem, tek bir tahtada küçük sayıda cihaz için çalışır, ancak kanal sayısı arttıkça veya dönüştürücüler birden çok tahtada dağıtılır.
- [FONT:0)Clock dağıtım ağlarını tampon ağaçlarla dağıtın:) Özel saat dağıtım çipleri (örneğin, TEŞEK:2)Analog Cihazları saat dağıtım ICs) referans saatini belirsiz gecikme ve ayarlanabilir skew ile yükselt.Bu cihazlar genellikle PCB rout farkları telafi etmek için programlanabilir gecikme ayarlamaları içerir.
- [FONTD204B SYSREF ve cihaz saat ayarını: Modern yüksek hızlı ADCs, JESD204B seri arayüzü standartını kullanıyor ve SYSREF sinyalini birden çok dönüştürücünün yerel örneği olarak senkronize etmek için kullanıyor.
- [FONT:0)Dönderlik, bir tıkış çizgisi için sinyalleri tetikler: Rempd radarı gibi patlama-mode uygulamaları, bir tetikleyici sinyali, ADCs'leri belirli bir saat kenarına örneklemeye başlamaya zorlayabilir.Bu yöntem zaten faz-taraf edilen;
- [FONT:0)Phase-locked loops (PLLs) sıfır-delay tamponlar ile:[Dönergeler için:[Dönemli saat alanlarla sistemler için, PLLs her yerel saati ortak bir referansa kilitleyebilir ve sıra dışı bir şekilde ayarlayabilir. Zero-delay buffers her ADC’nin girişinde referansı tekrarlayabilir.
Temel senkronizasyonun Ötesinde: Jitter, Skew ve Faz Gürültü
Örnek hizaya ulaşmadan sonra bile, saat sinyalinin kalitesi doğrudan veri tutarlılığını etkiler. İki anahtar ölçüm - jitter ve faz gürültü - yönetilmelidir.
Jitter ve ADC Performansına Etkisi
Saat jitter, saat kenarlarında rastgele varyasyondur.Bir sinek dalga biraz farklı zamanlarda örneklenirken, anlık gerilim değişir, sinyal-to-noise oranını sınırlandırır (SNR) yüksek giriş frekanslarında, jitter her bir dönüştürücünün saati ile ilişkili olabilir.
Faz Gürültü ve Onun İlişkisi Coherence
Faz gürültü, jitter'in frekans alanı gösterimidir. taşıyıcıya yakın yüksek faz gürültüsü ile bir saat (kıtlı bir gürültü) örnekleyici (çok ADCs'de korelasyon dalgalanmaları ile ilişkili olarak, sentetik aperture radarı (SAR), yakın-in gürültü aşamasının hedefleri ile sınırlıyor.
Gerçek Dünya Uygulamaları ve Tasarımları
Sistem bant genişliği, kanal sayısı ve koherent işleme kazancı ile saat senkronizasyon ölçeklerinin önemi. Aşağıda senkronizasyonun sadece yararlı değil zorunlu olduğu üç uygulama örneği vardır.
Fazd-Array Radar
Modern fazlı radarlar (hem askeri ve sivil hava radarı), uygun karmaşık ağırlıklarla elektronik olarak kirişleri uygulayarak, her iki ADC'nin taşıyıcı süresinin bir kısmını aşabilmesi için, kirişler yükseltilen ve yüksek çözünürlükte bulunan bir ADC'yi içerir. 10 GHz radar için, 1 pszzz2'lik bir hataya karşılık gelir.
Tıbbi Ultrasound Görüntüleme
ultrason probes, binlerce pastazoelektrik elementi gönderir ve akustik dalgalar alır. Satın alan zincir, yankıları sayısallaştırmaya birçok ADC kullanır. Bu kanalların eki görüntüyü oluşturur.ADCs arasındaki herhangi bir zamanlama yanlış bir uyum sağlar ve kontrast çözünürlüğü azaltır. Ticari ultrason sistemleri genellikle JESD204B tabanlı ADCs'i 50 ps'in altında skew tutmak için kullanır.
Bilimsel Instruments için Yüksek Hızlı Veri Edinme
CERN'dekiler gibi Parçacık fiziği deneyleri, hızlı geçici olayları yakalamak için ADC'lerin büyük dizilerini kullanmaktadır.TheurFLT:0)CERN Timing ve Synchronization Dağıtım (TS&D)) sistemleri, aktif skew tazminatı ile hassas saat dağıtımını kullanır.Bu sistemler mesafenin binlerce ADC'ye izin verir, bu tür bir kollektif jitter ile örnekleme sağlar.
Robust Synchronization için tasarım ilkeleri
Teoriyi uygulamaya dönüştürmek için, sistem tasarımcıları çok-ADC saat ağacı mimarken kanıtlanmış bir dizi yönergeleri takip etmelidir.
- [FONT:0] Düşük bir ilaç referansı oscillator[[Döntilmiş: 1) Temiz bir kaynakla başlayın. Referansdaki herhangi bir gürültü PLL tarafından çarpılır ve ADC saatinde kristal osilatörler kullanın - 150 dBc/Hz talep edilen uygulamalar için dengelemek için.
- [[Dönetici saat dağıtım cihazları [Dönetici:0)[Dönetici:0) Belirli saat dağıtım cihazları [Döneticileri için belirtilen saat dağıtım cihazını kullanın [Döneticileri veya LMK0428'den TI).
- [FONT=0)Match PCB iz uzunluğu titiz bir şekilde – Bir yönetim kurulunda, bir saat sinyalinin gecikmesi inç başına 150 ps (CED-4) Yanlış bir dizi skew, yüksek hızlı ADCs için ölümcül olabilir.
- [FONT:0]SYSREF dağıtımını dikkatli bir şekilde uyguluyoruz [D204B sistemlerinde, SYSREF sinyali yüksek hızlı bir saat olarak tedavi edilmelidir. (50 GU) ve ek wskele tanıtmak. daha iyi gürültü bağışıklığı için diferansiyel sinyal kullanın.
- [FONT:0) Include kalibrasyon ve tanı yetenekleri) - Mükemmel tasarım ile bile, geçici skew, süreç varyasyonları nedeniyle var olabilir. yerleşik kendini test (BIST) veya ADC kanalları arasındaki farkı ölçen dış kalibrasyon rutinleri içerir.
- [FONT:0) Büyük sistemler için optik dağıtımını düşünün) – ADCs birden fazla tahta veya şasi ile dağıtıldığında, elektrik saat dağılımı, tek bir lazer kaynağı ve fotodetektör kullanarak doğrusal olmayan farklar nedeniyle pratik hale gelir.
Gelişmiş Konular: Multi-Chip Senkronizasyon ve Interleaving
İki gelişmiş senaryolar özel dikkati hak ediyor: Zaman içinde birden fazla çipin senkronize edilmesi ve heterojen dönüştürücü dönüştürücüler (örneğin, ADCs ve DACs).
Zaman-Inter leaved ADC Dizileri
Zamanlı bir şekilde kullanılan modüller şunlardır:0)M[DÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
Transceiver Systems ve DACs'leri senkronizasyonu
Modern yazılım tanımlı radyolar ve fazlı-array transceivers, hem aDCs hem de DACs'leri tek bir SREF ağı ile birlikte sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir s.
Sonuç: Sistem Performansı Köşesi Olarak senkronizasyon
Saat senkronizasyonu sadece çok fazla-ADC sistemlerinde güzel bir özellik değildir; tüm koherent veri işlemenin geri kalanının hangisinde olduğunu temel alır.JESD204B gibi yerleşik standartların avantajları, örnekleme oranları ile uzaysal çeşitliliğin artması gibi - şimdiye kadar yaygın hale gelir.