在很多发射应用中必须产生多路相对相位准确已知的模拟输出。在正交调制器中(图1),I和Q通道必须具有明确的相位关系来实现镜频抑制。图1中,DAC1和DAC2的延迟必须匹配。使用数字波束成形技术的发射器需要准确地控制大量DAC之间的相对相位。
图1. 使用多路复用DAC的I/Q发射器中的DAC和{dy}上变频级
图3. MAX19692锁存时钟(四种可能的状态) DAC的同步问题有两个方面:
检测DAC之间的相位误差可以通过检测两个DAC之间的数据时钟输出的相位误差来实现。相位检测器可以像一个异或门一样简单,也可以像相频检测器一样复杂。 如果DAC使用方波(比如ECL)时钟,两个DAC之间的同步可以用图4所示的简单的高速逻辑电路来实现。为了简单明了,该原理图中的逻辑配置只能实现单端功能。但是实际应用中会使用差分逻辑如ECL来实现高速和低噪声性能。
MUX-DAC1时钟路径上与门(G1)的插入允许对MUX-DAC1的时钟进行操作。MUX-DAC2的时钟路径上插入与门(G2)用于延迟匹配。异或门(G3)起相位检测的作用。当DATACLK1和DATACLK2的输出不同时G3输出“1”。如果G3out = “1”,应该“吞掉” MUX-DAC1的时钟脉冲,将DATACLK1的边沿移位一个CLK时钟周期。G3输出的上升沿(G3out)由FF1和G4组成的上升沿检测器(PED)来检测。如果检测到上升沿,PED输出“0”,持续一个时钟周期。在SPB应用于G1之前,FF2将这个信号重新定时,从而使MUX-DAC1的一个时钟脉冲被抑制。这就使DATACLK1延迟一个CLK时钟周期。经过若干个时钟周期后,DATACLK1的延迟与DATACLK2一致,如图5所示。使用这种方法时,触发器要在时钟的下降沿进行状态更新,以xxDAC时钟信号的毛刺,两个MUX-DAC的输入时序要相同。布线时要考虑延迟以确保满足两个触发器的建立和保持时间的要求,且在时钟为低时将SPB信号的脉冲应用于G1。否则,时钟信号可能会产生毛刺。同时建议使用无噪声电源为时钟同步电路供电,将抖动的引入减到最小。 可以利用Xilinx® FPGA中先进的数字时钟管理程序(DCM)来检测两个MUX-DAC的数据时钟之间的相位差异(图6)。DCM1生成一个与DATACLK1和DATACLK2相同频率的时钟。以时钟周期的1/256为间距对DCLK1的延迟进行动态调整。触发器DFF1和DFF2在每个时钟周期对DATACLK1和DATACLK2进行一次采样。如果DFF1在DATACLK1为低时采样DATACLK1,DFF1会输出固定的“0”。如果DFF1在DATACLK1为高时采样DATACLK1,DFF1会输出固定的“1”。所以DFF3和DFF4可在任意时钟相位定时,与DCLK1的延迟设置无关。通过将DCLK1的延迟进行分级,使用DCM1的动态延迟调整功能以及读取DFF3和DFF4的输出,我们可以得到基于DATACLK1和DATACLK2上升沿的延迟设置。根据延迟设置,我们可以计算出为了保持MUX-DAC1和MUX-DAC2输入数据的同相,MUX-DAC1的输入数据需要延迟的DAC时钟周期数。FPGA中4 x 4桶形移位器的实现可使数据等待时间以一个DAC时钟周期为增量进行改变(参见图6)。
如果DAC使用锁相环(PLL)合成器来定时,那么同步两个DAC的方法就是每个DAC使用单独的PLL (图7)。DAC1和DAC2的LVDS数据时钟输出相位与参考时钟相比较。这样的话,DAC的内部时钟分频器在时钟生成PLL中作为反馈分频器使用。 图7. 每个DAC使用一个PLL实现MUX-DAC同步 MAX19692为2.3Gsps、12位、可工作于多个奈奎斯特频带内的DAC,具有集成的4:1输入数据多路复用器,是I/Q应用中的理想器件。当I/Q应用中MAX19692的使用被强调时,所讨论的方案同样适用于其它DAC和应用,比如在多于两个通道应用中使用的MAX5858A。本文所推荐的方案适用于任意数量的DAC。为了对高速器件进行正确的同步,还必须考虑与电路板引线相关的延迟。 |