高性能ADC的信号及电源完整性设计与分析

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本文介绍了以JESD204B数据接口为核心的高性能ADC电路的信号完整性分析设计。模块处理核心采用Xilinx的XC7VX690T,设计中包含五片ADC,单通道最大支持10Gbps的信号传输速率。本文首先对信号完整性的相关原理进行了阐述和分析,建立了本次设计中主要涉及理论的包络,简要介绍了相关理论对应设计的影响模型。随后,对高性能ADC电路系统设计从射频区域和数字区域的架构及设计内容进行了介绍。在此基础上,通过布线约束仿真确定了印制板的绘制约束。并运用信号完整性、电源完整性相关理论对应的设计方法,完成了高性能ADC电路系统的设计。高性能ADC电路系统设计完成后,针对印制板对于高速信号传输的实现能力进行了仿真,通过建立通道S参数模型,对比仿真结果,明确了Neck模式对高速信号的影响区间及程度。最终,提出了对应高性能ADC电路系统Neck模式走线使用规则。另一方面,对高性能ADC电路系统,使用背钻方法进一步优化,仿真分析背钻工艺的收益,从性能和经济角度分析背钻的必要性。通过S参数仿真,时域仿真,明确了背钻对于数据传输的影响区间和程度。提出了对应高性能ADC电路系统背钻工艺的使用规则。同时,对高性能ADC电路系统电源部分,进行电源平面建模。通过PDN仿真量化了走线方式对于电容回路电感及电源平面阻抗的影响;明确了影响PDN阻抗的设计要素。通过进一步的仿真优化最终使PDN阻抗满足器件性能要求。最终,提出优化PDN性能的设计方法。最后,对采用示波器的高速通道功能,对高性能ADC电路系统实际的传输效能进行了测试,最终验证了仿真过程的结论。并针对实际测试与仿真结果之间的偏差,分析了实际制造、测试过程中可能产生的偏差点。对进一步提升仿真与实际效能的一致性的方法进行了总结,提出了提高仿真精确度的方法。在此基础上,进一步提出了高性能ADC电路系统的设计规则。
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