基于JEDS204B的高速数据采集电路设计

张奕

摘要：相比于常用的LVDS，JEDS204B是一种更高速度的串行接口。本文以AD9680为例，设计了一套基于JEDS204B接口的高速数据采集板，详细阐述设计要点。实验结果显示电路性能指标良好，已成功应用于多个雷达系统中。

关键词：JEDS204B；高速数据采集；电路设计

中图分类号：TN911.73 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0165-01

在当前多数高速电路设计中，通常选用LVDS作为数据转换器和FPGA之间的接口。LVDS的差分传输特性可有效抑制共模噪声，增大抗干扰能力。但是由于它采用多路数据线并行传输方式，易受码间同步及串扰影响，难以满足多通道、高宽带、小型化数传需求[1]。JESD204B标准提供一种将数据转换器与数字信号处理器件接口的方法，相比于常用的并行数据传输，是一种更高传输速度的串行接口。它使用帧串行数据链路及嵌入式时钟和对齐字符，速度最高可达12.5Gbps/通道[2]。并且，它减少了器件之间的走线数量，并消除了建立与保持时序约束问题，从而简化了电路设计。本文以AD9680为例，设计了一套基于JEDS204B接口的高速数据采集板，从原理电路及高速PCB设计两方面，详细介绍设计中需要注意的问题。

1 原理电路设计

本设计采用高速ADC+FPGA的方案。ADC完成高速数据采集，数据通过204B协议输出到接收端FPGA，FPGA完成高速serdes信号的接收、204B协议解析及数据调理，将数据按照系统要求的模式打包通过光模块发送给后续系统。ADC选用ADI公司的AD9680，它是两通道14bit最高采样率1Gsps的数模转换器，采用JEDS204B协议接口；FPGA选用带有高速串行接口的Xilinx V系列芯片，主要功能框图如图1所示。

（1）信号传输：由于AD9680的模拟输入带宽可达2GHz，因此根据实际输入信号频率及带宽需进行相应的电路匹配，如图2所示。AD9680输出四对serdes差分数据线，到FPGA的接收端应串接AC耦合电容。输入一对SYNC信号，用于启动AD9680帧数据的发送，另外输入一对SYREF信号，用于多芯片之间的同步。

（2）电源设计：AD9680的电源种类繁多，有3.3V、2.5V、1.8V、1.25V，并且分模拟电源和数字电源。首先在满足电流要求的条件下，尽可能选用LDO电源芯片，以实现最小的电源纹波；其次模拟电源和数字电源要进行物理隔离，并且端接各种容值的去耦电容以滤除各种频率的电源干扰。

2 高速PCB设计

AD9680最高采样率为1Gsps，采用JEDS204B协议接口，因此其输出serdes高速信号数据率最高可达10Gbps，这对高速数模混合PCB设计来说是一个巨大的挑战。

2.1 电源地设计

电源地设计是高速PCB设计中最关键的技术。本电路中存在多种类工作电压，因此在设计时需要将模拟和数字电源分开供电，同一电压值的不同品种电源采用星型连接方式，PCB设计时需要对电源进行平面分割，尽量将电源和其供电的电路单元相对应[3]。另外值得注意的一点是，在电源分割时要充分考虑电源所需电流的冗余量，要保证在电源输出和芯片接收端直流电压值的一致。

2.2 阻抗设计

在超高速PCB电路设计中，对信号完整性的要求越来越高，而阻抗连续性设计是信号完整性问题的核心。

AD9680与FPGA之間高速信号要求通过AC耦合电容来建立传输路径，电容和高速传输线共用一个参考平面，可是电容的宽度远大于传输线宽，导致差分阻抗变小，引起阻抗的不连续性，从而带来较大的反射损耗。为减小反射损耗，可以挖空电容体下面的参考平面以改善阻抗特性[4]。另外，在高速信号过孔的附近伴随地孔也有助于保持阻抗的连续性。

3 性能测试

为了验证本电路设计的正确性，对高速数据采集进行性能测试。由信号源产生采样时钟和模拟输入信号，在FPGA中采集204B解析后的ADC数据。设置模拟输入点频信号550MHz，采样时钟为1GHz，测试结果如图3所示，性能指标良好，满足设计要求。

4 结语

本文详细介绍了基于JEDS204B接口的高速数据采集电路设计方案，以FPGA为核心，对ADC输出数据进行204B解析，给出实验测试结果，并且详细阐述了原理电路设计与高速PCB设计要点。本设计已成功应用于多个雷达系统中。

参考文献

[1]胡晓芳.基于LVDS的超高速ADC数据接收设计[J].电子技术，2015，07，（15）：50-52.

[2]周典淼，徐晖，陈维华，李楠，孙兆林，刁节涛.基于JESD204B 协议的数据传输接口设计[J].电子科技，2015，28（10）：53-56.

[3]白同云，高速PCB电源完整性研究[J].中国电子科学研究院学报，2006，1，（1）：22-30.

[4]吴茜，王晓晓，张帅.10G 高速印制电路板的设计与研究[J].机电元件，2013，（4）：8-12.endprint