AD9516-x、AD9517-x 和 AD9518-x评估板测评

在电子工程领域，时钟合成器的性能对系统的稳定性和精度起着至关重要的作用。AD9516-x、AD9517-x 和 AD9518-x 作为非常低噪声的 PLL 时钟合成器，集成了 VCO、时钟分频器等功能，最多可提供 14 个输出，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。本文将详细介绍其评估板的相关特性、应用、硬件连接、软件使用以及 PLL 配置等内容，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

文件下载：AD9516-0/PCBZ.pdf

评估板特性与应用

特性

• 电源连接：评估板采用 6V 墙式适配器和板载 LDO 稳压器进行简单的电源连接，并且 LDO 可轻松旁路以进行电源测量。
• 信号接口：配备 8 个交流耦合差分 LVPECL SMA 连接器、2 个交流耦合 LVPECL 差分接头、2 个直流耦合差分 LVDS SMA 连接器（可重新配置为四个 CMOS SMA 连接器）、2 个直流耦合 LVDS 差分接头（可重新配置为四个 CMOS 连接器），还有 2 个参考输入的 SMA 连接器、电荷泵输出、时钟分配输入以及 USB 连接到 PC。
• 软件支持：提供基于 Microsoft Windows 的评估软件，具有简单的图形用户界面，方便用户进行配置和调试。
• 其他特性：板载 PLL 环路滤波器，通过 I/O 接头可轻松访问数字 I/O 和诊断信号，还有用于诊断信号的状态 LED。

应用

• 数据转换：可用于高达 2.9 GHz 的模数和数模转换器的时钟信号提供。
• 网络通信：适用于网络和通信线卡。
• 测试测量：可应用于测试和测量设备。
• 无线基站：为无线基站和控制器提供稳定的时钟信号。
• 时钟处理：实现时钟清理和抖动衰减，以及时钟分配功能。

评估板硬件连接

电源与 PC 连接

1. 安装评估软件：安装 AD951x 评估软件，需要管理员权限，且不支持 64 位版本的 Windows。
2. 连接电源：将墙式电源连接到标记为 P2 的主电源连接器，此时 CR1（USBSTAT）、CR7（VS）、CR8（VS - CP）、CR9（VS_USB）和 CR10（VS_LVPECL）五个 LED 应亮起。
3. 连接 USB：将 USB 电缆连接到评估板和计算机，AD951x 评估板上标记为 CR2（VBUS）的红色 LED 应亮起，CR1（USBSTAT）LED 应开始闪烁。
4. 安装驱动：若连接评估板时自动弹出“发现新硬件向导”窗口，选择“自动安装软件”并点击“下一步”，该窗口可能会出现两次，有时可能需要重启系统。

信号连接

1. 连接信号发生器：将信号发生器连接到 J10 SMA 连接器，默认情况下，评估板上的参考输入为交流耦合，并以 50Ω 电阻接地，幅度设置在 0 dBm 到 6 dBm 之间即可。
2. 连接 REF2：若要连接信号到 REF2，将该信号连接到 J13 SMA 连接器，在需要自动无缝参考切换的应用中，建议使用直流耦合。
3. 连接测试设备：将示波器、频谱分析仪或其他实验室设备连接到板右侧的 J0 到 J9 SMA 连接器中的任意一个。OUT0 到 OUT5 为交流耦合 LVPECL，OUT8 和 OUT9 为直流耦合且无输出端接，可用于评估 AD951x 输出驱动器的 LVDS 或 CMOS 模式。

旁路电源与 PLL

• 旁路墙式电源：若要旁路墙式电源，需移除板背面的 F7、F4、F2 和 F6 铁氧体磁珠，然后将台式电源连接到评估板上的 TB1，这对于测量 AD951x 的功耗非常有用。
• 旁路 PLL：若要旁路 PLL，将信号发生器连接到标记为 CLK 的 SMA 连接器，默认情况下，此连接为交流耦合到 CLK 引脚，并以 50Ω 电阻接地。

使用外部 VCXO

1. 安装电阻：在 R9 处安装一个 0Ω 电阻，并移除 R8。
2. 连接滤波器和输入：将环路滤波器和外部 VCO/VCXO 输入连接到 J12。
3. 连接输出：将外部 VCO/VCXO 输出连接到 J11 SMA 连接器（CLK 输入）。

评估板软件使用

软件安装

1. 下载软件：评估软件和文档可从 www.analog.com 下载。
2. 安装操作：若从 CD 安装，插入 AD951x 评估软件 CD，双击“我的电脑”，再双击 AD9516_17_18EV CD 图标，打开窗口后双击“Software”文件夹，然后双击 AD9516_17_18Eval_Setup1.1.0.exe（网站上可能有更新版本），按照安装说明进行操作，默认安装位置为 C:Program FilesAnalog DevicesAD9516 Eval Software。

运行软件

1. 启动软件：给评估板上电并连接到 PC，双击 AD9516_17_18 Eval Software 运行评估软件。
2. 检测评估板：若软件检测到评估板，弹出窗口会显示浅蓝色文本；若未检测到，会显示红色文本。若检测到评估板，点击弹出窗口中的任意位置，软件主窗口将出现；若未检测到，会弹出对话框让用户选择连接的 AD951x 评估板，软件将以独立模式运行。若在评估软件运行时连接评估板，会弹出窗口提示用户将评估软件设置加载到评估板或从评估板读取设置到软件中。

AD9516 PLL 快速配置指南

下面以 AD9516 - 3 为例，介绍如何配置和锁定 PLL：

1. 开启 PLL：在主窗口顶部的 PLL MODE 框中选择 Normal Op 开启 PLL。
2. 输入参考频率：在主窗口左上角的 REF 1 (MHz) 框中输入预期的参考输入频率。
3. 启用参考输入：点击输入参考频率框右侧的三角形缓冲符号，打开参考输入控制窗口，选中 Enable REF1 复选框，然后点击 OK 启用 REF1 参考输入缓冲。
4. 加载设置：窗口关闭后，主窗口中 REGISTER W/R 部分的 WRITE 按钮会闪烁红色，点击该按钮将设置加载到评估板。
5. 选择 VCO：点击 VCO (MHz) 框右侧的多路复用符号，选择 VCO 作为时钟分配电路的输入，此时 VCO (MHz) 框的边框会从灰色变为黑色，并显示当前 VCO 频率。
6. 设置 R 分频器：点击主窗口顶部的 R DIVIDER 框，设置所需的值并点击 OK。
7. 设置 N 分频器：点击主窗口顶部的 N DIVIDER 框，设置所需的值并点击 OK，例如对于该示例，N = 200 可使用 8/9 双模模式，A = 0，B = 25。
8. 设置电荷泵电流：点击主窗口右上角的 CHARGE PUMP 框，设置电荷泵电流，然后点击 OK。
9. 调整 PFD 设置：若所需配置的相位检测器频率高于 50 MHz，可点击 CHARGE PUMP 框左侧的 PFD 按钮，将反冲脉冲宽度设置为 1.3 ns，但通常此设置无需修改。
10. 设置 VCO 分频器：点击主窗口中心的绿色 VCO 框，设置 VCO 分频器。
11. 关闭未使用的驱动器：点击主窗口右侧的编号三角形符号，选择 2 - Safe Power Down，然后点击 OK 关闭未使用的驱动器。
12. 设置通道分频器：点击 DIVIDER 0 到 DIVIDER 4，输入分频比。
13. 加载设置：点击 REGISTER W/R 部分闪烁的红色 WRITE 按钮，将所需设置加载到 AD951x 评估板。
14. 校准 VCO：点击闪烁的黄色 Cal VCO 按钮，打开 VCO 校准窗口，默认的 VCO 分频比（16）适用于所有应用，点击 Calibrate VCO 窗口中的 Cal VCO 按钮开始校准，此时 PLL 应锁定，板左侧的 LD（锁定检测）LED 应亮起。

评估软件组件

主窗口

AD951x 评估软件由对应于 AD951x 主要功能块的子部分组成，每个功能块都有自己的窗口，可通过在主窗口中点击相应块来访问。当子窗口关闭后，主窗口中 REGISTER W/R 部分的 WRITE 框可能会闪烁红色，点击该按钮可将设置加载到评估板。

其他窗口

• PLL 参考输入窗口：用于启用默认关闭的 PLL 参考输入，可选择启用 REF 1 或 REF 2 或两者，并可设置参考切换模式。
• PLL 配置窗口：包含 SyncB 计数器复位模式、读回寄存器和设置三个部分，可用于设置 PLL 的各种参数。
• REFMON、STATUS 和 LD 按钮：用于选择在连接器 P1 的 REFMON、STATUS 和 LD 引脚出现的信号，这些引脚有许多有用的诊断信号，但在正常操作中，动态信号可能会影响 PLL 性能。
• 寄存器读写框：包含 WRITE、READ、UPDATE 按钮和三个复选框，可用于将软件中的值传输到评估板、从评估板读取值以及更新 I/O 等操作。
• SYNC、PD 和 RESET 按钮：用于控制 AD951x 上的 SYNC、PD 和 RESET 引脚，每个按钮有 Strobe、Latch 和 Release 三种选项。
• 参考（R）分频器窗口：用于设置参考分频器，若该框为灰色，需在主窗口顶部的 PLL MODE 框中选择 Norm Op 开启 PLL。
• R 和 N 延迟窗口：AD951x 具有两个延迟电路，可通过该窗口控制参考输入和 PLL 输出之间的静态相位偏移。
• 反馈（N）分频器窗口：用于设置反馈分频器，有多种模式可供选择，软件会进行内部检查以确保不输入无效设置。
• 相位频率检测器（PFD）窗口：可设置反冲脉冲宽度和锁定检测计数器等参数，对于相位检测器频率高于 50 MHz 的情况，1.3 ns 的反冲脉冲宽度设置可能效果更好。
• 电荷泵窗口：主要用于改变电荷泵电流，还可设置电荷泵电压为 (V_{CP} / 2)，有助于调试 PLL 和隔离输出驱动器部分。
• VCO 校准窗口：进行 VCO 校准需要有有效的参考输入信号，且 VCO 频率变化超过 40 MHz 时需要重新校准，默认的 VCO 分频比（16）适用于所有应用，校准期间不能启用自动保持功能。
• 通道分频器窗口：通常只需更改分频比，软件和 AD951x 的占空比校正可确保输出占空比接近 50%，还可通过更改相位偏移位设置来改变相位偏移，但需要通过主窗口左下角的 SYNC 按钮切换 SYNC 信号使新相位生效。
• LVPECL 输出驱动器窗口：点击主窗口右侧的 OUT0 到 OUT5 输出驱动器符号可打开该窗口，关闭未使用的输出可避免产生不必要的杂散信号。
• LVDS/CMOS 输出驱动器窗口：点击主窗口右下角的 OUT6 到 OUT9 输出驱动器符号可打开该窗口，选择 LVDS 或 CMOS 模式时，相应部分会变灰，同样需要关闭未使用的输出。
• LVDS/CMOS 输出延迟窗口：点击主窗口右侧的 ΔT OUT x 按钮可打开该窗口，通过选择不同的斜坡电流和斜坡电容组合可改变驱动器的延迟量。
• 调试窗口：通过主窗口菜单栏的 View 菜单中的 Debug 选项可打开该窗口，可直接读写寄存器。

评估软件菜单项目

文件菜单

• Load Setup：加载之前保存的 AD951x 设置文件（.stp），但仍需进行 VCO 校准。
• Save Setup：保存 AD951x 设置文件（.stp）。
• Exit：退出评估软件，不检查现有设置是否保存。

I/O 菜单

• Select Evaluation Board：允许用户选择软件控制的评估板，点击 Refresh List 可检测最近连接的评估板。
• Configure Serial Port：可控制 USB 控制器与 AD951x 串口的交互方式。

视图菜单

• Debug：可直接读写寄存器，并强制各种配置引脚高低电平。
• Options：可选择 Windows XP 视觉样式。

操作模式菜单

可选择 AD951x 数据手册中的三种操作模式：高频时钟分配模式、外部时钟/VCO 分配模式和内部 VCO 和时钟分配模式。

帮助菜单

选择 Help 可打开关于 AD951x 的对话框，包含版本号、区域信息、联系信息等。

AD9516 PLL 环路滤波器

AD9516 PLL 需要一个外部环路滤波器，其组件根据不同应用进行定制。评估板上采用的三阶无源配置通常具有最佳性能。默认的环路滤波器针对输入参考相对安静的时钟生成进行了优化，具有轻微的峰值（<3 dB）和 75 kHz 到 200 kHz 的环路带宽，在大多数应用中，相位检测器运行在 10 MHz 到 50 MHz。对于 SONET 和以太网线卡以及参考时钟抖动较大的应用，低环路带宽的环路滤波器是更好的选择，其具有平坦的传递函数（峰值 <0.1 dB）和 0.5 kHz 到 10 kHz 的环路带宽，相位检测器应运行在 1 MHz 或更低，这种设计对于无缝参考时钟切换是最优的。用户可使用 ADIsimCLK 程序来确定适合特定应用的最佳环路滤波器，该程序可在 www.analog.com/clocks 上获取。

ESD 注意事项

AD951x 是静电放电（ESD）敏感设备，带电设备和电路板可能会在无检测的情况下放电，尽管产品具有专利或专有保护电路，但高能量 ESD 仍可能对设备造成损坏。因此，应采取适当的 ESD 预防措施，以避免性能下降或功能丧失。评估板仅用于设备评估，不适用于生产目的，且不提供任何形式的保修。

以上就是对 AD9516-x、AD9517-x 和 AD9518-x 评估板的详细介绍，希望能帮助电子工程师们更好地了解和使用这款评估板，在实际设计中充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。