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作者： Jason Cockrell 和 Tom MacLeod 概述 喝完第三杯咖啡，您撿起一沓技術規格書，發出一聲嘆息。今天您面臨著一個熟悉的挑戰：開發一個滿足前沿要求的下一代平臺，時間難以置信地緊迫，預算不合道理地低，而且還要面帶微笑地去做。您必須為項目選擇合適的供應商，而為了實現這些極其困難的目標，除了核心產品外，您還需要供應商提供高水平支持。 ADI公司致力于滿足這些期望，提供模擬濾波器向導和ADC建模工具等支持軟件。現在，ADI公司已邁出下一步，推出一款稱為Virtual Eval（虛擬評估）的綜合性在線產品評估工具。Virtual Eval采用詳細軟件模型來模擬器件關鍵性能特征，而不要求購買硬件。辛苦勞累的工程師可以配置不同的工作條件和器件特性來建立自定義使用案例。配置設置被發送到ADI公司服務器以執行仿真作業。數秒之內，完成后的仿真結果就會以圖表和性能指標的形式顯示在瀏覽器窗口中。 Virtual Eval可以解決各種各樣的設計問題，從而加快產品開發周期。本文余下部分將介紹其中的兩個問題。第一個問題是數據采集情況，為了選擇合適的精密轉換器，您必須平衡吞吐速率和噪聲性能。第二個問題涉及到無線電接收機，您需要以最低動態范圍要求數字化某些頻譜，同時要使整體系統保持低功耗。對于這兩種情況，Virtual Eval均有利于加快設計決策，并通過在線仿真來增強設計信心。 問題#1 費力地看完厚厚的技術規格書，關鍵要求慢慢變得清晰： 4通道信號采集，±75 mV 18位性能或更高 低于–40 dB的50 Hz抑制 建立時間為50 ms，但越快越好 劇透慎入：ADI公司的 AD7193 是符合工作要求的合適器件。選擇正確器件的傳統方法是利用產品數據手冊中的技術規格部分，在不同濾波和應用條件下分析器件的性能。這種方法涉及到大量手工勞動，而且數據手冊無法針對頻率選擇和目標使用條件的每種可能組合，向大量不同的客戶提供性能規格。您真正需要的是像Virtual Eval這樣的交互工具，通過針對特定使用案例定制的仿真來了解產品性能。 您看到的第一個屏幕是產品選擇器。 
圖1. 產品選擇器 在精密ADC下面，找到AD7193。單擊便會加載評估會話。
圖2. AD7193功能框圖 Functional Block Diagram（功能框圖）視圖顯示AD7193的布局。單擊圖中的可點擊元件，屏幕左側的可折疊部分就會顯示相關的配置設置。選擇基準電壓，觀察VREF變為2.5 V。然后選擇PGA元件，將PGA增益從128變為32，以提供±2.5 V/32 = ±78.125 mV的模擬輸入范圍。這滿足幅度要求。最后，單擊Settings（設置）欄中的Run（運行）按鈕。遠程服務器運行一系列仿真，并將性能結果返回Virtual Eval客戶端。 為了解讀結果，利用屏幕上方附近的選項卡切換到Waveform（波形）視圖。
圖3. 波形視圖 Results（結果）包含仿真中計算的相關變量，如噪聲和功耗特性等。峰峰值分辨率為18.531位，滿足要求，但80.103 ms的建立時間不滿足要求。 在精密轉換器中，建立時間與濾波器配置相關。切換到H (f) Response（H(f) 響應）視圖可讓我們了解產品的濾波性能。
圖4. H(f) 響應視圖 規格書要求–40 dB的抑制性能（50 Hz時），但實際抑制性能為–131 dB！ 可以犧牲多余的抑制性能來改善建立時間。回到濾波，在Settings（設置）欄中選擇ADC元件，將FS從96變為48。為了確保50 Hz時的濾波器響應中仍有一個零點，將veraging（均值）從1提高到2。最后，將sinc階次從4變為3以進一步節省建立時間。然后再次運行仿真。
圖5. 修改后的H(f) 響應 現在，50 Hz時的抑制為–41 dB，滿足要求。這無法從數據手冊中確定，因為ADI公司沒有發布用于計算頻率抑制的公式。只有利用交互式仿真，工程師才能直接驗證諸如此類特定情況下的產品性能。 切換到Waveform（波形）視圖，由于濾波降低，建立時間只有40.103 ms，無疑滿足要求。 問題#2 公司的新平臺必須以72 dB信噪比數字化位于354 MHz的大約50 MHz頻譜。快進到一個使用RF ADC AD9680的設計選擇。其采樣速率為1 GSPS，片內有數字下變頻器，采用靈活的JESD204B串行接口。其數據手冊非常詳盡，但如上所述，它不可能涉及每一種可能的使用案例。但Virtual Eval可以，我們從AD9680 產品頁面打開它。 選擇High Speed ADC（高速ADC）類別并單擊AD9680。
圖6. 產品選擇器 顯示Virtual Eval默認會話，從Functional Block Diagram（功能框圖）視圖開始：
圖7. AD9680功能框圖 DDC和JESD204B可見，從要求來看，二者均是好兆頭。將單音輸入頻率設置為354 MHz以代表該使用案例，單擊Run（運行）。
圖8. 采用354 MHz輸入信號音的頻譜分析，DDC禁用 Virtual Eval執行仿真和完整的頻譜分析。本案例中的品質因數為SNR。63.9 dB當然不夠，不過可以補救。將DDC從Disabled（禁用）切換到Enabled（使能）。這就為數字信號處理提供了多個新選項來改善性能。 將NCO頻率設置為354 MHz，使頻譜適當地居中。另外，將C2R（復數轉實數）切換到Enabled（使能）。切換到實數值可將傳輸數據量減半，從而降低ADC和FPGA之間的I/O功耗。再次單擊Run（運行）以查看新仿真結果。
圖9. 采用354 MHz輸入信號音的頻譜分析，DDC使能 輸入信號音像預期一樣居中，但在圖形右側附近有一個很大的基頻鏡像。幸運的是，規格書僅要求50 MHz的帶寬，遠低于當前數字化的500 MHz。這里的解決方案是降低目標頻譜，同時改善SNR并濾除鏡像。在Settings（設置）欄中，將DDC抽取從1變更為8，再次單擊Run（運行）。這就把頻譜降低到500 MHz/8 = 62.5 MHz。
圖10. 采用354 MHz輸入信號音的頻譜分析，使能DDC和抽取 基頻鏡像被數字化濾除，SNR優于72 dB。由于轉換器僅數字化62.5 MHz頻譜，因此ADC和FPGA之間的數據鏈路接近最優。 結論 Virtual Eval通過在線仿真提供一種與產品虛擬互動的快速、方便、低風險方式。它可展示復雜的產品特性，使得工程師可以判斷某一產品在自定義工作條件下是否能滿足要求。這種通過便利的Web瀏覽器提供的高水平的詳細信息和互動性，是其他任何形式的產品評估體驗都無法比擬的。 本使用指南僅演示了Virtual Eval的一小部分特性。Beta網站經常會添加更多特性和更多產品。請嘗試使用Virtual Eval，并借此機會參與這個持續進行的開發過程。歡迎通過右下側的Feedback（反饋）選項卡向我們提供反饋。隨著Virtual Eval進一步發展和成長，我們希望把在線評估置于產品評估和設計過程的中心舞臺。 作者 Jason Cockrell [jason.cockrell@analog.com] 是位于美國北卡羅萊納州格林斯博羅的應用與技術部門的軟件工程師。他于2013年獲得北卡羅萊納州立大學應用數學與計算機科學學士學位，并作為應屆畢業生加入ADI公司。目前擔任在線產品評估應用Virtual Eval的開發人員。 Tom MacLeod [tom.macleod@analog.com]是位于美國北卡羅萊納州格林斯博羅的應用與技術部門的算法設計工程師。他于2002年獲得北卡羅萊納州立大學電氣工程學士學位。他在建模、信號處理、高級算法開發等多種電氣工程領域擁有超過13年的經驗。 |
