ADI公司的在線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品評(píng)估工具

作者：Jason Cockrell and Tom MacLeod

放下第三杯咖啡，你嘆了口氣拿起一堆規(guī)格。今天，您面臨著一個(gè)熟悉的挑戰(zhàn)：開(kāi)發(fā)一個(gè)下一代平臺(tái)，在難以置信的時(shí)間表上滿足尖端要求，同時(shí)保持在不公正的微薄預(yù)算范圍內(nèi)，并微笑著完成這一切。您必須為項(xiàng)目選擇合適的供應(yīng)商，為了實(shí)現(xiàn)這些越來(lái)越艱巨的目標(biāo)，您需要在核心產(chǎn)品的同時(shí)提供優(yōu)質(zhì)支持的供應(yīng)商。

為了滿足這些期望，ADI公司推出了模擬濾波器向?qū)Ш?a href="http://wenjunhu.com/tags/adc/" target="_blank">ADC建模工具等支持軟件?，F(xiàn)在，ADI公司正在通過(guò)一款名為Virtual Eval的綜合在線產(chǎn)品評(píng)估工具邁出下一步。Virtual Eval采用詳細(xì)的軟件模型來(lái)模擬關(guān)鍵部件的性能特征，而無(wú)需購(gòu)買(mǎi)硬件。過(guò)度勞累的工程師可以配置各種操作條件和設(shè)備功能，以建立自定義用例。配置設(shè)置被調(diào)度到ADI公司的服務(wù)器以啟動(dòng)仿真工作。在幾秒鐘內(nèi)，完成的仿真結(jié)果在瀏覽器窗口中顯示為圖形和性能指標(biāo)。

虛擬評(píng)估可以解決各種各樣的設(shè)計(jì)問(wèn)題，以加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。本文的其余部分將介紹許多此類(lèi)問(wèn)題中的兩個(gè)。在第一種數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景中，您必須平衡吞吐速率和噪聲性能，以選擇合適的精密轉(zhuǎn)換器。第二，在無(wú)線電接收器上工作時(shí)，您需要以最小的動(dòng)態(tài)范圍要求對(duì)一些頻譜進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)保持較低的整體系統(tǒng)功耗。在這兩種情況下，虛擬評(píng)估都可以通過(guò)使用在線仿真來(lái)促進(jìn)更快的設(shè)計(jì)決策，并更有信心。

問(wèn)題#1

翻閱規(guī)范大部頭，關(guān)鍵要求慢慢開(kāi)始浮出水面：

4通道信號(hào)采集，±75 mV

18 位性能或更高

低于 –50 dB 的 40 Hz 抑制

建立時(shí)間為 50 ms，但越快越好

劇透預(yù)警！ADI公司的AD7193是適合這項(xiàng)工作的器件。正確選擇器件的傳統(tǒng)方法是利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)格來(lái)分析元件在各種濾波和應(yīng)用條件下的性能。這種方法涉及大量的體力勞動(dòng)，數(shù)據(jù)手冊(cè)無(wú)法為各種客戶感興趣的頻率選擇和用例條件的每種可能組合提供性能規(guī)格。您真正需要的是像Virtual Eval這樣的交互式工具，通過(guò)根據(jù)您的特定用例量身定制的自定義模擬來(lái)了解產(chǎn)品性能。

您看到的第一個(gè)屏幕是產(chǎn)品選擇器。

圖1.產(chǎn)品選擇器。

在精密ADC下，找到AD7193。一鍵加載評(píng)估會(huì)話。

圖2.AD7193功能框圖

功能框圖視圖說(shuō)明了AD7193的布局。圖表的可單擊組件在屏幕左側(cè)的手風(fēng)琴中顯示相關(guān)的可配置設(shè)置。選擇基準(zhǔn)電壓并觀察 2.5 V 的 VREF。然后，選擇PGA元件，并將PGA增益從128更改為32，允許模擬輸入范圍為±2.5 V/32 = ±78.125 mV。這滿足了幅度規(guī)格。最后，單擊“設(shè)置”列頂部的“運(yùn)行”按鈕。遠(yuǎn)程服務(wù)器運(yùn)行一系列模擬，并將性能結(jié)果反饋給虛擬評(píng)估客戶端。

要解釋結(jié)果，請(qǐng)使用屏幕頂部附近的選項(xiàng)卡切換到波形視圖。

圖3.波形視圖。

“結(jié)果”列包含仿真中計(jì)算的因變量，例如噪聲和功率特性。峰峰值分辨率為18.531位，滿足規(guī)格要求;但是，80.103 ms的建立時(shí)間則不然。

在精密轉(zhuǎn)換器中，該建立時(shí)間是濾波器配置的函數(shù)。切換到 H（f） 響應(yīng)視圖可以深入了解產(chǎn)品的過(guò)濾性能。

圖4.H（f） 響應(yīng)視圖。

規(guī)格要求在 40 Hz 時(shí)具有 –50 dB 的抑制能力，但實(shí)際抑制功率為 –131 dB！可以犧牲多余的剔除來(lái)改善穩(wěn)定時(shí)間。若要回?fù)芎Y選，請(qǐng)?jiān)?strong>“設(shè)置”列中選擇 ADC 元素，然后將 FS 從 96 更改為 48。為確保濾波器在 50 Hz 時(shí)的響應(yīng)仍為零，請(qǐng)將平均值從 1 增加到 2。最后，將sinc階數(shù)從4更改為3，以節(jié)省更多的建立時(shí)間。然后再次運(yùn)行模擬。

圖5.修改了 H（f） 響應(yīng)。

50 Hz時(shí)的抑制現(xiàn)在約為–41 dB，滿足規(guī)格要求。無(wú)法從數(shù)據(jù)手冊(cè)中確定這一點(diǎn)，因?yàn)锳DI公司未公布用于計(jì)算頻率抑制的公式。只有交互式仿真才能使工程師在特定場(chǎng)景中直接驗(yàn)證產(chǎn)品性能。

切換回波形視圖后發(fā)現(xiàn)，由于濾波減少，建立時(shí)間僅為40.103 ms，可輕松滿足規(guī)格要求。

問(wèn)題#2

貴公司的新平臺(tái)必須數(shù)字化位于 50 MHz 的大約 354 MHz 頻譜，信噪比為 72 dB?？爝M(jìn)到使用RF ADC的設(shè)計(jì)選擇AD9680。它具有1 GSPS的采樣速率、片內(nèi)數(shù)字下變頻器和靈活的JESD204B串行接口。它的數(shù)據(jù)手冊(cè)非常詳細(xì)和徹底，但如前所述，它不可能解決所有潛在的用例。虛擬評(píng)估可以，因此您可以從AD9680產(chǎn)品頁(yè)面打開(kāi)它。

選擇高速ADC類(lèi)別，然后單擊AD9680。

圖6.產(chǎn)品選擇器。

您將看到從“功能塊圖”視圖開(kāi)始的默認(rèn)虛擬評(píng)估會(huì)話：

圖7.AD9680功能框圖

可見(jiàn)的是DDC和JESD204B，兩者都是基于要求的好兆頭。將單音輸入頻率設(shè)置為 354 MHz 以表示用例，然后按運(yùn)行。

圖8.使用 354 MHz 輸入音進(jìn)行頻譜分析，禁用 DDC。

虛擬評(píng)估執(zhí)行模擬和全光譜分析。在這種情況下，品質(zhì)因數(shù)是 SNR。63.9 dB肯定是不夠的，但這是可以補(bǔ)救的。將 DDC 從“已禁用”切換為“已啟用”。這為數(shù)字信號(hào)處理提供了幾個(gè)新的選項(xiàng)，以提高性能。

將 NCO 頻率設(shè)置為 354 MHz，以便頻譜正確居中。此外，將 C2R（復(fù)雜到真實(shí)）切換到啟用。切換到實(shí)際值可將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量減半，從而降低ADC和FPGA之間的I/O功耗。再次按運(yùn)行以查看新的模擬結(jié)果。

圖9.使用 354 MHz 輸入音進(jìn)行頻譜分析，啟用 DDC。

輸入音按預(yù)期居中。但是，在圖形右側(cè)附近有一個(gè)大的基本面圖像。幸運(yùn)的是，該規(guī)范只需要50 MHz的帶寬，遠(yuǎn)低于目前數(shù)字化的500 MHz。這里的解決方案是減少所考慮的頻譜，同時(shí)提高SNR并濾除圖像。在“設(shè)置”列中，將 DDC 抽取率從 1 更改為 8，然后再次運(yùn)行。這會(huì)將頻譜降低到 500 MHz/ 8 = 62.5 MHz。

圖 10.頻譜分析，輸入音為 354 MHz，DDC 已啟用抽取。

基本圖像被數(shù)字濾波掉，信噪比優(yōu)于72 dB。由于轉(zhuǎn)換器僅對(duì)62.5 MHz頻譜進(jìn)行數(shù)字化處理，因此ADC和FPGA之間的數(shù)據(jù)鏈路幾乎是最佳的。

結(jié)論

Virtual Eval 提供了一種快速、方便、低風(fēng)險(xiǎn)的方式，通過(guò)在線仿真與產(chǎn)品進(jìn)行虛擬交互。它說(shuō)明了復(fù)雜的產(chǎn)品功能，并允許工程師辨別產(chǎn)品在定制操作條件下是否能夠滿足他們的要求。沒(méi)有其他形式的產(chǎn)品評(píng)估體驗(yàn)可以通過(guò) Web 瀏覽器的便利性實(shí)現(xiàn)相同級(jí)別的詳細(xì)信息和交互性。

本演練僅演示了虛擬 Eval 上可用功能的一小部分。測(cè)試版網(wǎng)站通常會(huì)添加更多功能和更多產(chǎn)品。請(qǐng)借此機(jī)會(huì)通過(guò)親自嘗試虛擬評(píng)估來(lái)參與正在進(jìn)行的開(kāi)發(fā)過(guò)程。我們歡迎通過(guò)右下角的“反饋”選項(xiàng)卡提供任何和所有反饋。隨著Virtual Eval的不斷發(fā)展壯大，我們希望將在線仿真置于產(chǎn)品評(píng)估和設(shè)計(jì)過(guò)程的中心舞臺(tái)。

審核編輯：郭婷