AD9528芯片介绍及配置详解

FPGA技术江湖 2022-03-24 07:00

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AD9528是ADI(亚德诺半导体技术有限公司, Analog Devices, Inc. 简称ADI )出品的一款双级PLL，集成JESD204B SYSREF发生器，可用于多器件同步。第一级锁相环(PLL) (PLL1)通过减少系统时钟的抖动，从而实现输入基准电压调理。第二级PLL (PLL2)提供高频时钟，可实现来自时钟输出驱动器的较低积分抖动以及较低宽带噪声。外部VCXO提供PLL2所需的低噪声基准电压，以满足苛刻的相位噪声和抖动要求，实现可以接受的性能。片内VCO的调谐频率范围为3.450 GHz至4.025 GHz。集成的SYSREF发生器输出单次、N次或连续信号，并与PLL1和PLL2输出同步，以便对齐多个器件的时间。

AD9528产生最高频率为1.25 GHz的六路输出（输出0至输出3、输出12和输出13），以及最大频率高达1 GHz的八路输出。每一路输出均可配置为直接从PLL1、PLL2或内部SYSREF发生器输出。14路输出通道的每一路都包含一个带数字相位粗调功能的分频器，以及一个模拟微调相位延迟模块，允许全部14路输出具有时序对齐的高度灵活性。AD9528还可用作灵活的双通道输入缓冲器，以便实现14路器件时钟和/或SYSREF信号的分配。

AD9528需要配置的部分如下：

PLL1配置；
PLL2配置；
SYSREF配置；
输出通道配置；

下面对各个配置进行详细说明：

1、PLL1配置。

PLL1的内部结构如下：

PLL1 支持外部 压控晶体振荡器（VCXO），外部双路可选的参考时钟。VCXO和参考时钟支持LVDS和COMS两种可选的输入电平。两路参考输入和VCXO路径上分别均有数字时钟分频器（Ra,Rb,N1）。

参考时钟输入选择支持 引脚控制 和 软件控制 两种模式，一般情况下，默认使用软件控制。通过寄存器0x010A的bit2来控制，bit2 = 0, 采用软件控制模式，bit2 = 1，采用引脚控制模式。

参考时钟和VCXO的输入模式通过寄存器 0x0108 和 0x0109 控制，均支持差分LVDS输入，单端CMOS正极（P端）输入，单端CMOS负极（N端）输入。均有比特位来控制，详情参考AD9528的datasheet。

两路参考输入和VCXO路径上的数字时钟分频器分频数均为10比特，1--1023之间的任意整数分频。

在本教程设计中，PLL1配置如下:

参考输入采用 B 端CMOS电平正极（P端）输入;
参考输入频率为50.00MHz;
VCXO的输入频率为100.00MHz;
参考输入B的时钟分频数为1;
VCXO的时钟分频数为2;

送到鉴相器（PFD）输入端的两个时钟频率均为50.00MHz，保证PLL锁定后VCXO的输出时钟频率为100.00MHz

2、PLL2配置。

PLL2的内部结构如下：

PLL2的输入参考时钟为PLL1的VCXO的输出时钟，PLL2内部有内置的VCO（压控振荡器）。VCO到鉴相器路径上有两个分频计数器（M1，N2）。M1可配置为 3,4,5 。N2为8比特计数器，支持1-256的任意整数分频。PLL2的内部VCO的输出频率范围为：3.45GHz -- 4.025 GHz 。

在本教程设计中，PLL2配置如下:

分频计数器M1：4 ；
分频计数器 N2：10 ；

保证VCO稳定时的输出频率为 4.00GHz，在VCO的支持输出频率之内。

3、SYSREF 配置

SYSREF支持三种配置模式，通过寄存器0X0403的bit[7:6]来控制，分别为，bit[7:6]：

00 = 外部输入模式。
01 = 外部输入重采样模式。
1x = 内部生成模式。

（1）外部输入模式。

该模式下，使用外部的 SYSREF_IN 作为 SYSREF 作为信号源，SYSREF_ IN 输入可配置为 差分输入（LVDS电平） 和 单端输入（CMOS电平）。此模式下，SYSREF_REQ 引脚和 0X0403 的bit0 （SPI SYSREF请求）为使用。

此模式下的SYSREF信号路径如下图所示：

（2）外部输入重采样模式。

该模式下，使用外部的 SYSREF_IN 作为 SYSREF 作为信号源，并通过PLL1的输出时钟或PLL2的输出时钟对SYSREF_IN信号采样，SYSREF_ IN 输入可配置为 差分输入（LVDS电平） 和 单端输入（CMOS电平）。此模式下，SYSREF_REQ 引脚和 0X0403 的bit0 （SPI SYSREF请求）为使用。

此模式下的SYSREF信号路径如下图所示：

（3）内部生成模式。

SYSREF模式发生器（ SYSREF pattern generator）生成用户定义的SYSREF信号。模式发生器的输入时钟由源自VCXO_IN引脚的信号提供，或由PLL2反馈节点的信号提供。模式发生器包含一个固定的2分频比，一个可编程的16位K分频器（由寄存器0x0401和寄存器0x0400设置），以对SYSREF的脉冲宽度进行配置。K的值介于0到65535之间，总分频系数为2×K，是在K分频器寄存器中编程值的两倍。例如，如果码型发生器的输入时钟为122.88 MHz，则最大SYSREF周期为131,070 / 122,880,000秒（1066μs）。模式发生器充当计时器，无论何时发出异步SYSREF请求，该计时器仅发出与所有其他输出同步的脉冲。

SYSREF模式发生器支持以下类型的SYSREF 信号：N-SHOT 模式，连续（Continuous）模式，PRBS 模式，以及停止（STOP）模式。常用配置模式为 N-SHOT 模式和连续（Continuous）模式两种。

N-SHOT 模式下，在启动SYSREF请求之后，SYSREF输出N个脉冲，然后SYSREF输出变为逻辑低电平，直到下一个SYSREF请求为止。N 可以配置为 1,2,4,6,8 。连续模式下，SYSREF请求启动后，SYSREF输出连续输出101010…脉冲序列，其行为类似于频率为fIN /（2×K）的时钟。

SYSREF请求支持引脚请求（SYSREF_REQ）和软件请求（SPI SYSREF请求）。请求模式通过寄存器0X0402 的bit7来控制。

在软件控制模式下，SYSREF模式发生器始终对SYSREF模式发生器触发控制位（寄存器0x402，位[6：5]）电平触发。对于电平触发模式，当位6 = 0时，bit5用作触发。如果启用了N-shot模式，则将Bit 5 = 1从0设置为开始SYSREF模式序列。序列完成并输出N个脉冲后，SYSREF模式发生器自动清除bit5，并等待下一个SYSREF请求。在连续模式下，如果bit5 = 1，则模式序列继续。清除bit5以停止序列并等待下一个SYSREF请求。

引脚请求（SYSREF_REQ）又分为电平触发（Level Trigger）和边缘触发（Edge Trigger）两种模式。

在电平触发模式下（寄存器0x0402的位6 = 0），SYSREF模式发生器由SYSREF_REQ引脚控制。如果使能了N-shot模式，则将SYSREF_REQ引脚从0强制为1，以启动SYSREF模式序列。序列完成并输出N个脉冲后，将SYSREF_REQ引脚强制为0。然后，模式生成器等待下一个SYSREF请求。在连续模式下，将SYSREF_REQ引脚从0强制为1，以启动SYSREF模式序列。强制将SYSREF_REQ引脚设置为0以停止序列。然后，模式生成器等待下一个SYSREF请求。

在边沿触发模式下，SYSREF模式发生器由SYSREF_REQ引脚上的上升沿或下降沿控制。上升或下降有效沿由寄存器0x0402的位[6：5]决定。当位6 = 1时，位5控制有效触发沿。如果使能了N-shot模式，则SYSREF_REQ引脚的有效沿将启动SYSREF模式序列。序列完成并输出N个脉冲后，码型发生器将等待下一个SYSREF请求。如果在完成N个脉冲之前将SYSREF_REQ设置为0，则当前模式序列不受影响。因此，如果新的SYSREF_REQ活动边沿在模式序列完成之前到达，则新请求将丢失。在连续模式下，SYSREF_REQ活动边沿启动SYSREF模式序列。序列之后，模式生成器等待下一个SYSREF请求。

此模式下的SYSREF信号路径如下图所示：

在本教程设计中，SYSREF配置为如下模式：

内部生成模式。
连续（Continuous）模式。
高电平触发模式。
分频数K = 64 。

4、输出通道配置。

AD9528拥有14路输出通道，各个通道的结构如下图所示：

每个通道的输出均有 PLL1 ，PLL2 ， SYSREF 三个可选源。输出通道可选择如下的输出源：

PLL2 分频输出。
PLL1（VCXO）输出。
SYSREF（PLL1输出重采样）。
SYSREF（PLL2输出重采样）。
反向PLL1（VCXO）输出。
SYSREF（反向PLL1输出重采样）。

各个通道的输出电平支持 LVDS ，LVDS（boost mode），HSTL 三种模式电平。各个通道也均有模拟细延迟和数字粗延迟模块，用于精确控制各个通道信号的输出延迟。同时各个通道存在8比特的分频计数器。

在教程中，各个输出通道配置如下：

输出通道	用途	频率(MHZ)	源	通道分频数	备注
Out0	/	/	/	/	未使用
Out1	/	/	/	/	未使用
Out2	FPGA_MGT_REFCLK1	100.00	PLL2/divider	10
Out3	FPGA_MGT_REFCLK2	100.00	PLL2/divider	10
Out4	/	/	/	/	未使用
Out5	/	/	/	/	未使用
Out6	/	/	/	/	未使用
Out7	ADC_SYSREF_1	0.78125	SYSREF（PLL2）	/
Out8	ADC_DCLK_1	200.00	PLL2/divider	5
Out9	ADC_DCLK_2	200.00	PLL2/divider	5
Out10	ADC_SYSREF_2	0.78125	SYSREF（PLL2）	/
Out11	/	/	/	/	未使用
Out12	FPGA_SYSREF	0.78125	SYSREF（PLL2）	/
Out13	FPGA_CORE_CLK	200.00	PLL2/divider	5