分析管线式ADC延迟 - JESD204B与LVDS接口并行 管线式ADC延迟问题分析及解答

模拟前端内含采样保持放大器，有时再加上模拟输入缓冲，协助抑制切换电容采样电路的突波噪声，这个区块通常只需要半个到一个频率周期。
管线区内含个别管线级，以及组成输出数据的错误更正功能，每一管线级内含低分辨率ADC、数字模拟转换器(DAC)及残值放大器，由于各级间轮流使用频率上升边缘与下降边缘，通常只需半个频率周期，各级分辨率也不需相同，分辨率愈高，管线式整体延迟愈低，但也需要更多比较器、更高耗能、匹配更紧密、偏移更少，故设计愈复杂。依据各级数量多寡，管线式区块延迟介于二到五个频率周期，在不同使用情况下，错误更正功能可能外加一至二个频率周期。

数字区块延迟依架构内功能数量而定，多数管线式ADC介于三到十个频率周期，终端用户通常乐于拥有多功能，如数字增益管控、DC偏移更正、数据格式化(2s互补/偏移二进制或MSB/LSB First)等；然而内建多项功能却也会增加ADC延迟的频率周期，通常只要省略这些功能，延迟即可缩小，但即使是多任务器也会增加延迟。

ADC采样率也会冲击延迟情况，随着采样率增加，基于制程限制，或为减少耗能，数字区块可能得降低运作速度，如数字区块运作速度减半，即可同时处理两项样本，故实质ADC速度不变，但并行与序列运作仍会消耗额外的频率周期。

输出级内含数据格式器与数字接口，在传统低电压差动讯号(LVDS)接口中，这个区块只是移位寄存器，将数字数据置入LVDS输出缓冲内，依据单倍、双倍或四倍之别，只需一至二个频率周期；而最新JESD204B接口在此区块稍微复杂一些，加入8b/10b编码、数据搅拌器、序列器。ADC采样率与序列器数据传输速率提高后，可能需要更多内部并行处理，因此冲击延迟，而在不同的设计、ADC采样率与配置之下，JESD204B接口延迟可能介于四至二、三十个频率周期。

尽管多数系统设计人员乐于采用JESD204B接口，实现确定性延迟或印刷电路板路简化，但有些应用却无法应付额外延迟，如控制线路、电子反制，可接受的系统往返延迟极低。JESD204B接口可能增加诸多延迟，实际使用时更可能增加四倍。在接收路径上，数据得先解序列，才能够处理，传输侧亦同，数据得先在处理器/FPGA排序后至DAC内再次解序列(图2)。

 

图2 系统内含JESD204B接口的接收与传输路径范例。

考虑到JESD204B未必适合所有应用，半导厂遂推出不同版本的高速数据转换器，一者使用最新JESD204B接口，另一者维持传统LVDS接口，方便系统设计师自由选择，可运用JESD204B接口简化电路板设计，亦可以LVDS接口缩短延迟。