ADI公司的在線數據轉換器產品評估工具

作者：Jason Cockrell and Tom MacLeod

放下第三杯咖啡，你嘆了口氣拿起一堆規格。今天，您面臨著一個熟悉的挑戰：開發一個下一代平臺，在難以置信的時間表上滿足尖端要求，同時保持在不公正的微薄預算范圍內，并微笑著完成這一切。您必須為項目選擇合適的供應商，為了實現這些越來越艱巨的目標，您需要在核心產品的同時提供優質支持的供應商。

為了滿足這些期望，ADI公司推出了模擬濾波器向導和ADC建模工具等支持軟件?，F在，ADI公司正在通過一款名為Virtual Eval的綜合在線產品評估工具邁出下一步。Virtual Eval采用詳細的軟件模型來模擬關鍵部件的性能特征，而無需購買硬件。過度勞累的工程師可以配置各種操作條件和設備功能，以建立自定義用例。配置設置被調度到ADI公司的服務器以啟動仿真工作。在幾秒鐘內，完成的仿真結果在瀏覽器窗口中顯示為圖形和性能指標。

虛擬評估可以解決各種各樣的設計問題，以加快產品開發周期。本文的其余部分將介紹許多此類問題中的兩個。在第一種數據采集場景中，您必須平衡吞吐速率和噪聲性能，以選擇合適的精密轉換器。第二，在無線電接收器上工作時，您需要以最小的動態范圍要求對一些頻譜進行數字化，同時保持較低的整體系統功耗。在這兩種情況下，虛擬評估都可以通過使用在線仿真來促進更快的設計決策，并更有信心。

問題#1

翻閱規范大部頭，關鍵要求慢慢開始浮出水面：

4通道信號采集，±75 mV

18 位性能或更高

低于 –50 dB 的 40 Hz 抑制

建立時間為 50 ms，但越快越好

劇透預警！ADI公司的AD7193是適合這項工作的器件。正確選擇器件的傳統方法是利用產品數據手冊中的規格來分析元件在各種濾波和應用條件下的性能。這種方法涉及大量的體力勞動，數據手冊無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格。您真正需要的是像Virtual Eval這樣的交互式工具，通過根據您的特定用例量身定制的自定義模擬來了解產品性能。

您看到的第一個屏幕是產品選擇器。

圖1.產品選擇器。

在精密ADC下，找到AD7193。一鍵加載評估會話。

圖2.AD7193功能框圖

功能框圖視圖說明了AD7193的布局。圖表的可單擊組件在屏幕左側的手風琴中顯示相關的可配置設置。選擇基準電壓并觀察 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。這滿足了幅度規格。最后，單擊“設置”列頂部的“運行”按鈕。遠程服務器運行一系列模擬，并將性能結果反饋給虛擬評估客戶端。

要解釋結果，請使用屏幕頂部附近的選項卡切換到波形視圖。

圖3.波形視圖。

“結果”列包含仿真中計算的因變量，例如噪聲和功率特性。峰峰值分辨率為18.531位，滿足規格要求;但是，80.103 ms的建立時間則不然。

在精密轉換器中，該建立時間是濾波器配置的函數。切換到 H（f） 響應視圖可以深入了解產品的過濾性能。

圖4.H（f） 響應視圖。

規格要求在 40 Hz 時具有 –50 dB 的抑制能力，但實際抑制功率為 –131 dB！可以犧牲多余的剔除來改善穩定時間。若要回撥篩選，請在“設置”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 時的響應仍為零，請將平均值從 1 增加到 2。最后，將sinc階數從4更改為3，以節省更多的建立時間。然后再次運行模擬。

圖5.修改了 H（f） 響應。

50 Hz時的抑制現在約為–41 dB，滿足規格要求。無法從數據手冊中確定這一點，因為ADI公司未公布用于計算頻率抑制的公式。只有交互式仿真才能使工程師在特定場景中直接驗證產品性能。

切換回波形視圖后發現，由于濾波減少，建立時間僅為40.103 ms，可輕松滿足規格要求。

問題#2

貴公司的新平臺必須數字化位于 50 MHz 的大約 354 MHz 頻譜，信噪比為 72 dB?？爝M到使用RF ADC的設計選擇AD9680。它具有1 GSPS的采樣速率、片內數字下變頻器和靈活的JESD204B串行接口。它的數據手冊非常詳細和徹底，但如前所述，它不可能解決所有潛在的用例。虛擬評估可以，因此您可以從AD9680產品頁面打開它。

選擇高速ADC類別，然后單擊AD9680。

圖6.產品選擇器。

您將看到從“功能塊圖”視圖開始的默認虛擬評估會話：

圖7.AD9680功能框圖

可見的是DDC和JESD204B，兩者都是基于要求的好兆頭。將單音輸入頻率設置為 354 MHz 以表示用例，然后按運行。

圖8.使用 354 MHz 輸入音進行頻譜分析，禁用 DDC。

虛擬評估執行模擬和全光譜分析。在這種情況下，品質因數是 SNR。63.9 dB肯定是不夠的，但這是可以補救的。將 DDC 從“已禁用”切換為“已啟用”。這為數字信號處理提供了幾個新的選項，以提高性能。

將 NCO 頻率設置為 354 MHz，以便頻譜正確居中。此外，將 C2R（復雜到真實）切換到啟用。切換到實際值可將傳輸的數據量減半，從而降低ADC和FPGA之間的I/O功耗。再次按運行以查看新的模擬結果。

圖9.使用 354 MHz 輸入音進行頻譜分析，啟用 DDC。

輸入音按預期居中。但是，在圖形右側附近有一個大的基本面圖像。幸運的是，該規范只需要50 MHz的帶寬，遠低于目前數字化的500 MHz。這里的解決方案是減少所考慮的頻譜，同時提高SNR并濾除圖像。在“設置”列中，將 DDC 抽取率從 1 更改為 8，然后再次運行。這會將頻譜降低到 500 MHz/ 8 = 62.5 MHz。

圖 10.頻譜分析，輸入音為 354 MHz，DDC 已啟用抽取。

基本圖像被數字濾波掉，信噪比優于72 dB。由于轉換器僅對62.5 MHz頻譜進行數字化處理，因此ADC和FPGA之間的數據鏈路幾乎是最佳的。

結論

Virtual Eval 提供了一種快速、方便、低風險的方式，通過在線仿真與產品進行虛擬交互。它說明了復雜的產品功能，并允許工程師辨別產品在定制操作條件下是否能夠滿足他們的要求。沒有其他形式的產品評估體驗可以通過 Web 瀏覽器的便利性實現相同級別的詳細信息和交互性。

本演練僅演示了虛擬 Eval 上可用功能的一小部分。測試版網站通常會添加更多功能和更多產品。請借此機會通過親自嘗試虛擬評估來參與正在進行的開發過程。我們歡迎通過右下角的“反饋”選項卡提供任何和所有反饋。隨著Virtual Eval的不斷發展壯大，我們希望將在線仿真置于產品評估和設計過程的中心舞臺。

審核編輯：郭婷