AD9361LVDS接口上的伪随机二进制序列校准
Howie Jing and Patrick Wiers
AD9361是一款高性能、高度集成的射频（RF）捷变收发器™，设计用于 3G 和 4G 应用。AD9361的可编程性和宽带能力，特别是其通道带宽范围从小于200 kHz到56 MHz，功耗低，使其成为各种收发器应用的理想选择。AD9361推荐用于小型蜂窝应用的新设计，在这些应用中，需要宽带宽来支持载波必须连续的多载波应用。
为了支持宽带宽，必须考虑发射器（Tx）输出线性度、本振（LO）泄漏和低压差分信号（LVDS）接口等因素。本应用笔记主要讨论支持56 MHz带宽所需的LVDS接口。图1显示了AD9361与具有LVDS接口的定制专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）之间的连接。接口细节在AD9361数据手册中讨论。本应用笔记重点介绍伪随机二进制序列（PRBS）校准方法，以使该接口在工艺和温度变化范围内更加可靠。
图1.AD9361 LVDS模式下的数据路径
问题描述
请注意，就本应用笔记而言，所有对RX_Dx（x = 0至5）、TX_Dx（x = 0至5）、DATA_CLK、RX_FRAME、TX_FRAME和FB_CLK的引用仅指信号。RX_Dx信号是RX_Dx_P和RX_Dx_N引脚上的信号。TX_Dx信号是TX_Dx_P引脚和TX_Dx_N引脚上的差分信号。DATA_CLK信号是DATA_CLK_P引脚和DATA_CLK_N引脚上的差分信号。RX_FRAME信号是RX_FRAME_P引脚和RX_FRAME_N引脚上的差分信号。TX_FRAME信号是TX_FRAME_P引脚和TX_FRAME_N引脚上的差分信号，FB_CLK是FB_CLK_P和FB_CLK_N引脚上的差分信号。
LVDS定时参数
为了支持56 MHz带宽，AD9361的I/Q数据速率必须设置为最大值61.44 MSPS。对于 2T2R 操作，DATA_CLK信号必须以 4× I/Q 速率 245.76 MHz 运行。在此速率下LVDS数据总线的时序约束如表1所示。
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 麦克斯 | 单位 | 描述 |
| t正中电 | 4.069 | 纳 | DATA_CLK周期时间（时钟周期） | ||
| t议员 | t的45%正中电 | t的55%正中电 | DATA_CLK信号和FB_CLK信号高和/或低最小脉冲宽度（包括占空比失真、周期抖动、周期间抖动和半周期抖动的影响） | ||
| tSTX | 1 | 纳 | TX_D5 TX_D0和TX_FRAME信号建立时间，以FB_CLK AD9361输入端的信号下降沿 | ||
| t高超 | 0 | 纳 | TX_D5至TX_D0和TX_FRAME信号保持AD9361输入端FB_CLK信号下降沿的时间 | ||
| tDDRX | 0.25 | 1.25 | 纳 | 从DATA_CLK到RX_D5到RX_D0输出信号的延迟 | |
| tDDDV | 0.25 | 1.25 | 纳 | 从DATA_CLK信号到RX_FRAME信号的延迟 |
对与基带处理器连接的影响
当时钟速率为245.76 MHz时，DATA_CLK的周期时间为4.069 ns，最小脉冲宽度为占空比的45%，约为1.83 ns，如表1所示。与该脉冲宽度相比，延迟（tDDRX和 tDDDV） 从DATA_CLK信号到RX_D5到RX_D0信号，或RX_FRAME信号的最大速率为 1.25 ns。
图2显示了AD9361中的时序图。
图2.数据端口时序参数图—LVDS 总线配置（其中 x 表示 p 和 n 引脚）。
图3显示了基带处理器中的时序图。
图3.基带处理器中的时序图。
在图 3 中，tTDD是包括 t 在内的总延迟差值DDRX在AD9361（1.25 ns）中，数据通过印刷电路板（PCB）传播的路径延迟差和类似于tDDRX在基带处理器设备中。对于最坏情况，该值大于 1.25 ns。例如，假设为 1.5 ns，则数据设置的剩余时间 （t圣） 并保持 （tHT）仅为0.33 ns，这很有挑战性（见图3），因为即使在工作台上在一个温度下满足时序，也很难在工艺和温度变化范围内保持可靠性。
为了使此接口在245.76 MHz下可用，建议进行校准以校正延迟差（tTDD），介于AD9361和基带处理器之间。
PRBS 校准详情
延迟变化测试结果
图 4 显示了 0 个器件上 5 个RX_D300到 RX_D1 对和DATA_CLK RX_FRAME的延迟变化。这些数字信号彼此具有非常不同的延迟值。最大延迟接近2.0 ns;但是，最短延迟仅为3.0 ns，差异可能为9.<> ns。
图4.RX_DATA信号的延迟分布和来自DATA_CLK信号的RX_FRAME信号。
基带处理器中的延迟补偿
图4显示了另一种现象，例如，最大的延迟主要发生在接近4.1 ns的RX_D2上;但是，在RX_D1上，延迟最大值仅为0.7 ns左右。RX_D4和RX_D1之间的差异为0.5 ns;因此，最好在RX_D0上补偿5.1 ns的延迟，然后RX_D4可以与RX_D1对齐。此方法可以扩展到其他RX_D5到RX_D0对和RX_FRAME，也可以TX_D5扩展到TX_D0。
例如，如果这些补偿可以在基带处理器中分别对每个RX_D5进行，以更高的精度RX_D0，如图4所示，对RX_D500和RX_D5进行了−4 ps的延迟校正，对RX_D200、RX_D3和RX_D2进行了−0 ps的延迟校正， 如图 5 所示的结果是可能的。延迟更集中在0.2 ns和0.7 ns之间，性能大大提高。
图5.校正后的延迟分布。
可以在每个设备上调整校准;因此，在单个AD5器件上研究RX_D0 RX_D9361对与DATA_CLK之间的延迟差异更有意义。在图6中，蓝色条显示了这种延迟差异在300个器件中的分布，没有任何补偿。大多数器件的延迟差集中在0.5 ns，最大值为0.7 ns。采用上一段中描述的相同补偿，分布向较低的延迟差，如图6中的绿色条所示。最大延迟差为0.3 ns，提高了0.4 ns。
图6.单个设备上延迟差的分布。
AD9361中的延迟补偿
基带处理器可能无法通过RX_D5 RX_D0来校正延迟差，或者根本无法进行延迟补偿。此问题的解决方案是在AD9361中使用Rx寄存器0x006和Tx寄存器0x007进行补偿，以调整RX_D5至RX_D0与DATA_CLK信号（或TX_D5至TX_D0和FB_CLK信号）之间的相对延迟，最小有效位（LSB）精度约为0.3 ns。请注意，此延迟会影响具有相同值的所有数据对。AD9361无法单独调整数据对的延迟。但是，这种补偿仍然使校准可行。图7显示了在AD300的寄存器0x006中校正9361 ps延迟时的结果。图7所示结果表明，延迟差主要分布在0.1 ns和0.4 ns之间，最大延迟降低到0.4 ns，时序为t圣+ 吨HT（在图3中）基带处理器的裕量更大（约1.4 ns），这保证了工艺和温度变化的可靠性。
图7.AD9361中延迟差与延迟校正的分布
PRBS校准
AD9361集成的PRBS发生器提供了一种确定需要多少延迟补偿的方法。该PRBS可以注入AD9361的接口，并传输到基带处理器。基带处理器收到此已知序列后，可以实现PRBS检查器来计算误码率（BER）。如果收到的 PRBS 上没有发生错误，则接口工作正常。否则，调整AD9361或基带处理器中的延迟补偿模块，直到误码率降至所需阈值以下。
AD9361内置一个16级、14抽头PRBS发生器，使用16千-阶多项式如下式所示。
PRBS生成和多项式方程的详细描述参考AD9361寄存器映射，寄存器0x3F4。
按照图8所示的上述校准顺序，可以产生如表2所示的基质。在表 2 中，P 表示 PRBS 测试通过，F 表示失败。在此示例中，注册0x006的值可以是0x96、0xA7、0xB8、0xC9或0xDA。
图8.校准顺序。
| 寄存器 0x006[7：4] 位值 | 寄存器 0x006[3：0] 位值 | |||||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 一个 | b | c | d | e | f | |
| 0 | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | P | P | P | F | F | F |
| 1 | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | P | P |
| 2 | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | P |
| 3 | P | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F |
| 4 | P | P | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F |
| 5 | F | P | P | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F |
| 6 | F | P | P | P | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F |
| 7 | F | F | P | P | P | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F | F |
| 8 | F | F | F | F | P | P | P | P | F | F | F | F | F | F | F | F |
| 9 | F | F | F | F | P | P | P2 | P | P | F | F | F | F | F | F | F |
| 一个 | F | F | F | F | F | P | P | P2 | P | P | F | F | F | F | F | F |
| b | F | F | F | F | F | F | P | P | P2 | P | P | F | F | F | F | F |
| c | F | F | F | F | F | F | F | P | P | P2 | P | P | F | F | F | F |
| d | F | F | F | F | F | F | F | F | P | P | P2 | P | P | F | F | F |
| e | F | F | F | F | F | F | F | F | F | P | P | P | P | P | F | F |
| f | F | F | F | F | F | F | F | F | F | F | P | P | P | P | P | F |
|
1P = PRBS 测试通过，F = PRBS 测试失败。 2延迟设置的最佳值。这些值在两个方向上至少有两个LSB（约0.6 ns）的保护裕量，这通常足以应对工艺变化和温度范围变化 |
||||||||||||||||
在寄存器0x006上为接收器（Rx）延迟选择适当的设置后，可以使用相同的方法和顺序在Tx LVDS路径上运行校准程序。这一次，在校准Tx LVDS路径时，可以在基带处理器中生成伪随机二进制序列，并传输到AD9361的Tx接口。在AD9361中，内部电路可以将TX_D5环路TX_D0到RX_D5到RX_D0路径，然后将数据传输回基带处理器，PRBS检查器与其原始序列进行比较，并确定如何调整寄存器0x007中的延迟，以实现与表2所示类似的矩阵。
结论
本文档介绍了LVDS路径延迟上的PRBS校准，以支持245.76 MHz数据时钟（最大带宽为56 MHz）。因此，当对Rx数据进行校准时，数据对的延迟变化显著改善至0.3 ns（基带处理器中的补偿）或0.4 ns（AD9361中的补偿）。
两种补偿使高速LVDS接口具有余量，以克
审核编辑：郭婷
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