AD9520评估板使用指南：从硬件到软件的全面解析

在电子设计领域，精确的时钟信号对于各类设备的稳定运行至关重要。AD9520系列产品作为低噪声锁相环（PLL）时钟合成器，在众多应用场景中发挥着关键作用。本文将围绕AD9520评估板，从硬件连接、软件安装到具体操作步骤，为大家详细介绍其使用方法。

文件下载：AD9520-0/PCBZ.pdf

一、AD9520产品概述

AD9520系列从AD9520 - 0到AD9520 - 5，是非常低噪声的锁相环（PLL）时钟合成器，集成了压控振荡器（VCO）、时钟分频器，最多可提供24个输出。该系列具备自动保持功能和灵活的参考输入电路，能实现非常平滑的参考时钟切换。同时，还为外部VCXO提供了必要的配置。

二、评估板硬件连接

1. 电源与PC连接

• 安装AD9520评估软件，安装需要管理员权限，且不支持64位Windows系统。
• 将墙式电源连接到主电源连接器P2，此时CR1（USBSTAT）、CR7（VS）、CR8（VS - CP）、CR9（VS_USB）和CR10（VS_LVPECL）五个LED会亮起。
• 连接USB电缆到评估板和PC，AD9520评估板上的CR2（VBUS）LED亮起，CR1（USBSTAT）LED开始闪烁。
• 如果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，有时需要重启系统。

2. 信号连接

• 将信号发生器连接到J10 SMA连接器，评估板的参考输入默认交流耦合，并以50Ω接地，幅度设置在0 dBm到6 dBm之间即可。
• 若要连接信号到REF2，将信号连接到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。
• 可将示波器、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。OUT0到OUT8是交流耦合的低电压正发射极耦合逻辑（LVPECL）输出，OUT9到OUT11是直流耦合且无输出端接，若要在LVPECL模式下使用OUT9到OUT11，需将0Ω电阻替换为0.1μF电容，并安装200Ω下拉电阻。

3. 电源旁路

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的TB1，这对于测量AD9520的功耗很有用。

4. PLL旁路

若要旁路PLL，将信号发生器连接到标有CLK的SMA连接器，该连接默认交流耦合到CLK引脚，并以50Ω接地。

5. 使用外部VCXO

• 在R9处安装0Ω电阻并移除R8。
• 将环路滤波器和外部VCO/VCXO输入连接到J12。
• 将外部VCO/VCXO输出连接到J11 SMA连接器（CLK输入）。

6. 使用I2C串口模式

• 将跳线S2移到中心和左侧（I2C）引脚。
• 将跳线W1移到中心和左侧（I2C）引脚。
• 使用跳线S5和跳线S6选择所需的I2C地址，注意S5 = S6 = high保留用于SPI模式。
• 在评估软件中，从I/O菜单点击“Configure Serial Port”。
• 点击“Reset Serial Port”，然后点击“Detect Current Configuration”，会弹出对话框确认I2C模式和地址。

三、评估板软件安装与运行

1. 软件安装

• 可从Analog Devices网站下载最新的评估软件和文档。
• 若从CD安装，插入AD9520评估软件CD，双击“我的电脑”，再双击AD9520EV CD图标，打开包含数据手册、布局、原理图和软件的窗口，双击“Software”文件夹。
• 双击AD9520Eval_Setup1.1.0.exe（网站可能有更新版本），按照安装说明操作，默认安装位置为C:Program FilesAnalog DevicesAD9520 Eval Software。

2. 运行软件

• 给评估板上电并连接到PC，双击AD9520 Eval Software运行评估软件。
• 若软件找到评估板，弹出窗口会显示浅蓝色文本；若未找到，显示红色文本。若未找到评估板，会弹出对话框让用户选择连接的AD9520评估板，此时软件可在独立模式下运行，该模式对于查看和生成寄存器设置文件很有用。
• 若在评估软件运行时连接评估板，会弹出窗口提示用户使用评估软件设置加载评估板或读取评估板设置。

四、AD9520 PLL快速入门

以AD9520 - 4为例，假设输入信号存在，评估板未修改，PLL环路滤波器适合用户应用，可按以下步骤配置和锁定PLL：

1. 从主窗口顶部的PLL MODE框中选择“Normal Op”开启PLL。
2. 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. 点击输入参考频率文本框右侧的三角形缓冲符号，打开参考输入控制窗口，勾选“Enable REF 1”开启REF1参考输入缓冲，然后点击“OK”。
4. 窗口关闭后，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. 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。
6. 选择VCO后，VCO (MHz)框的边框会从灰色变为黑色，框中显示当前VCO频率。
7. 点击主窗口顶部的R DIVIDER框，设置参考分频器的值并点击“OK”。
8. 点击主窗口顶部的N DIVIDER框，设置反馈分频器的值并点击“OK”，如N = 5500可使用8/9双模模式，A = 4，B = 687。
9. 点击主窗口右上角的CHARGE PUMP框，设置电荷泵电流（本例为1.2 mA），然后点击“OK”。
10. 若所需配置的鉴相器频率高于50 MHz，可点击CHARGE PUMP框左侧的PFD框，将反冲脉冲宽度设置为1.3 ns，但通常无需修改此设置。
11. 点击主窗口中心Cal VCO按钮左侧的绿色VCO框，设置VCO分频器。
12. 点击主窗口右侧的编号三角形符号，然后点击“Safe Power Down”，关闭未使用的驱动器。
13. 点击DIVIDER 0到DIVIDER 3，输入分频比设置通道分频器。
14. 点击REGISTER W/R部分闪烁的红色WRITE按钮，将所需设置加载到AD9520评估板。
15. 点击闪烁的黄色Cal VCO按钮，打开VCO校准窗口，默认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锁定，板左侧的锁定检测（LD）LED亮起。

五、评估软件组件

1. 主窗口

AD9520评估软件由对应AD9520主要功能块的子部分组成，从主窗口点击相应功能块可访问其窗口。子窗口关闭后，主窗口REGISTER W/R部分的WRITE框可能闪烁红色，点击该框可将设置加载到评估板。

2. 各功能窗口

• PLL参考输入窗口：用于启用PLL参考输入，默认情况下参考输入处于关闭状态。可选择启用REF 1、REF 2或两者，若使用差分输入，需勾选“Use Differential Ref Mode”。还可控制参考切换模式，若激活“Disable Switchover De - Glitch”，AD9520在参考切换期间保持活动输入和PLL输出之间的相位关系；否则，在参考切换期间最小化输出的相位干扰。若要连接晶体到参考输入，需勾选“Enable XTAL Oscillator”。
• PLL配置窗口：通过点击主屏幕上的“Config PLL”按钮打开，包含SyncB计数器复位模式、PLL状态寄存器和设置三个部分。SyncB计数器复位模式部分指示SYNC引脚激活时R、A和B计数器是否复位；PLL状态寄存器部分可查看只读PLL状态寄存器的当前值；设置部分控制PLL的各种设置，如保持模式。
• REFMON、STATUS和LD按钮：这三个蓝色按钮允许用户选择在连接器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，如R分频器输出可用于确保参考输入和R分频器正常工作，但动态信号在正常操作中可能会对PLL性能产生不利影响。
• 寄存器读写框：有WRITE、READ和UPDATE三个按钮以及三个复选框。WRITE按钮将评估软件中存储的值传输到评估板，寄存器值改变时会闪烁红色；READ按钮将评估板中存储的值传输到评估软件；UPDATE按钮通过向寄存器0x232写入0x01发出I/O更新命令。勾选“All”复选框，点击WRITE按钮时会传输所有寄存器；勾选“Auto”复选框，评估软件会在寄存器值改变时自动将其写入评估板或发出I/O更新命令。
• SYNC、PD（电源关闭）和RESET按钮：允许用户控制AD9520的SYNC、PD和RESET引脚，每个按钮有Strobe、Latch和Release三个选项。
• EEPROM控制窗口：通过点击主窗口左下角附近的EEPROM按钮访问，点击“Program EEPROM”按钮可将AD9520的当前寄存器设置存储到EEPROM，检查窗口右侧的EEPROM状态寄存器部分可验证操作是否成功。若要加载EEPROM中存储的值，需将S4 EEPROM跳线跨接在中心和右侧（高）引脚，将EEPROM引脚拉高，然后点击主窗口左下角的红色RESET按钮，选择“Strobe ResetB”复位AD9520。
• 参考（R）分频器窗口：通过点击主窗口中的R DIVIDER框访问，可设置参考分频器。若该框为灰色，PLL处于关闭状态，需点击主窗口顶部的PLL MODE框，选择“Norm Op”开启PLL。窗口中有一个复选框用于将R分频器保持在复位状态，此功能很少使用。参考输入路径还有一个参考乘以2的复选框，可控制参考时钟倍频器。
• 反馈（N）分频器窗口：通过点击N DIVIDER框访问，可设置反馈分频器。若该框为灰色，PLL处于关闭状态，需开启PLL。N分频器有多种模式，大多数应用使用8/9或16/17双模模式，对于需要分频值大于131119的应用，提供32/33模式。评估软件有内部检查机制，确保不会编程无效设置，如B计数器必须始终大于A计数器，8/9双模模式不能用于VCO频率大于2400 MHz的情况。若反馈分频器限制无法解决，可能需要调整R（参考）分频器。窗口中有一个复选框用于将N分频器保持在复位状态，此功能很少使用。
• R和N延迟窗口：通过点击主窗口上的N DELAY框访问，R DELAY框与N DELAY框相同，这些延迟设置常用于零延迟模式，允许用户改变PLL的静态相位偏移。
• 鉴相器（PFD）窗口：通过点击主窗口中的PFD框访问，常用设置有反冲脉冲宽度和锁定检测计数器。对于鉴相器频率大于50 MHz的情况，设置1.3 ns的反冲脉冲宽度可能会使PLL工作得更好；在环路带宽较低且锁定检测计数器在捕获期间抖动的应用中，将锁定检测计数器设置为大于5个PFD周期可能会有用。
• 电荷泵设置窗口：通过点击主窗口中的CHARGE PUMP框访问，常用于改变电荷泵电流。窗口中还有一个复选框用于将电荷泵电压设置为VCP/2，这对于调试PLL和将AD9520的输出驱动器部分与PLL部分隔离很有用。
• 零延迟窗口：通过点击主窗口中的ZERO DELAY框访问，选择内部零延迟模式时，窗口会缩小，因为只有分频器0可以在内部零延迟模式下工作。
• VCO校准窗口：通过点击主窗口中的Cal VCO按钮访问，完成VCO校准必须有有效的参考输入信号，且VCO频率变化超过40 MHz时必须重新校准。VCO分频比为16适用于所有应用，但对于鉴相器频率小于12 MHz的应用，使用较小的VCO校准分频器可减少校准时间。
• 通道分频器窗口：通过点击相应的通道分频器访问，通常只需更改分频比，评估软件和AD9520的占空比校正功能可确保输出占空比接近50%。用户还可通过更改相位偏移位设置来改变相位偏移，但要使新相位生效，必须通过主窗口左下角的SYNC按钮切换SYNC信号。
• 输出驱动器窗口：通过点击主窗口右侧的编号三角形输出驱动器符号访问，关闭评估板上未使用的输出很重要，因为它们可能是不需要的杂散信号的主要来源。LVPECL和CMOS输出有不同的端接要求，OUT0到OUT8交流耦合，每个输出有200Ω下拉电阻，适合LVPECL驱动器，但会降低CMOS驱动器性能；OUT9到OUT11无端接电阻，适合CMOS操作，若要在LVPECL模式下使用，需添加下拉电阻；若要在OUT9到OUT11的SMA连接器处添加50Ω端接，需添加串联去耦电容，使OUT9到OUT11的端接与OUT0到OUT8相同。
• 调试窗口：通过点击视图菜单中的“Debug”选项访问，窗口的串行I/O部分可方便地直接读写寄存器。

3. 评估软件菜单项

• 文件菜单：包含“Load Setup”（加载先前保存的AD9520设置文件）、“Save Setup”（保存AD9520设置文件）、“Generate Binary File”（生成可用于EEPROM编程器的二进制设置文件）和“Exit”（退出评估软件）选项。
• I/O菜单：包括“Select Evaluation Board”（选择软件控制的评估板）、“Configure Serial Port”（控制USB控制器与AD9520串口的交互方式）选项。
• 视图菜单：包括“Debug”（直接读写寄存器，强制各种配置引脚高低电平）和“Options”（选择Windows XP视觉样式）选项。
• 操作模式菜单：允许用户选择AD9520数据手册中的三种操作模式。
• 帮助菜单：点击“Help”打开“About AD9520”窗口，包含版本号、区域信息和联系信息等。

六、AD9520 PLL环路滤波器

AD9520 PLL需要外部环路滤波器，其组件需根据不同应用进行调整。评估板上的三阶无源配置通常能为许多应用提供最佳性能，默认环路滤波器针对参考时钟清理进行了优化，具有平坦的传输函数，峰值<0.1 dB，环路带宽为0.5 kHz到10 kHz。对于参考时钟抖动相对较低的时钟生成应用，高环路带宽（BW）环路滤波器是更好的选择。不过，这些建议不能替代使用ADIsimCLK确定特定应用的最佳环路滤波器，ADIsimCLK可帮助设计和探索AD9520的功能和特性，包括PLL环路滤波器的设计。

七、使用评估板对用户板上的AD9520进行编程

1. 硬件连接

• 将跳线S2移到中心和左侧（I2C）引脚。
• 将跳线W1移到中心和左侧（I2C）引脚。
• 使用跳线S5和跳线S6为AD9520评估板选择所需的I2C地址，注意该地址不能与目标AD9520的I2C地址冲突。
• 将跳线电缆从评估板的Header P1的SDIO_SDA引脚连接到目标板的SDA引脚，同样将SCLK_SCL引脚和GND引脚分别连接到目标板的SCL引脚和接地引脚。

2. 软件配置

• 在评估软件中，从I/O菜单选择“Configure Serial Port”，点击“Reset Serial Port”，然后点击“Detect Current Configuration”，弹出对话框确认I2C模式和地址。若目标I2C地址与自动选择的不同，从列表中选择目标AD9520的I2C地址并点击“OK”。
• 从菜单栏的视图菜单点击“Debug”，再点击“I2C Debug”按钮，输入评估板上跳线S5和跳线S6设置的I2C地址并点击“Ping”，若返回ACK消息，对目标AD9520重复此步骤，若两个地址都返回ACK，则远程AD9520可进行编程。
• 对目标AD9520进行所需设置编程，完成后点击主窗口上的EEPROM按钮访问EEPROM窗口，点击“Program EEPROM”将设置写入EEPROM。

八、AD9520二进制文件生成与校验和

1. 二进制文件生成

点击文件菜单中的“Generate Binary File”，提示用户输入文件名，默认扩展名为.bin，软件没有加载.bin文件的功能，二进制文件格式中字节偏移0包含寄存器0x000的值。

2. 校验和生成

支持8位和16位校验和，设备校验和使用