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模拟技术相关技术文章JESD204串行接口在高速ADC电路中的应用分析
在诸如核磁共振成像 (MRI)、超声波、CT 扫描仪、数字 X 射线等医疗应用中,经常需要使用有很多通道的模数转换器 (ADC) 对大量数据采样。用串行接口来获取采样数据可减少 ADC 与 FPGA 的引脚数。此外,高速串行接口布线可节省电路板空间。由于电路板资源十分稀缺,FPGA 引脚也是非常宝贵的资源,所以与并行接口相比,串行数据转换器接口的优势是显然的。今天,有两种适用于高速数据转换器的串行接口可供选择。第一种选择是串行时钟-数据-帧 (CDF) 接口,该接口整合了串行化 LVDS (低压差分信号) 数据流以及差分时钟和帧时钟,其中差分时钟用于准确地收集数据,帧时钟用于建立数据采样的边沿。第二种选择是采用 JESD204 标准,在该标准中,时钟嵌入到 Gbps 级高速两线串行数据流中。这两种接口均有各自的优缺点。由于用来驱动高速 JESD204 接口的电流模式逻辑 (CML) 对需要较大的功率,所以串行 LVDS 是实现功率较低且有大量通道的便携式设计的首选。但是在串行 LVDS 不适用的场合,JESD204 接口就可以发挥作用。
串行LVDS 的优势
串行 LVDS 输出格式减少了 ADC 和 FPGA 之间所需的数字 I/O 数量,节省了 FPGA 引脚、电路板面积和成本。此外,通过在数据转换器上采用串行接口,数据转换器所需的引脚数量也大大减少了,从而可实现尺寸小得多的封装尺寸。这种优势在有很多通道的设计中得到了充分的显现。采用串行 LVDS 接口还是采用并行接口则取决于应用能否承受较大的功耗,以及 FPGA 是否有能力处理高速数据流。LTC2195 是一款 16 位、125Msps 双通道 ADC,具串行 LVDS 输出,每通道功耗仅为 216mW。不过,与使用双通道并行输出版本 LTC2185 (参见图 1 中的完整产品系列图) 相比,串行 LVDS 接口每通道多消耗 31mW 功率。这个 16 位高速 ADC 系列提供了卓越的 76.8dB 基带 SNR 性能以及 90dB SFDR,同时在使用 1.8V 电源时,功耗非常低。