AD9520評(píng)估板使用指南：從硬件到軟件的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，精確的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)于各類設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。AD9520系列產(chǎn)品作為低噪聲鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘合成器，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文將圍繞AD9520評(píng)估板，從硬件連接、軟件安裝到具體操作步驟，為大家詳細(xì)介紹其使用方法。

文件下載：AD9520-0/PCBZ.pdf

一、AD9520產(chǎn)品概述

AD9520系列從AD9520 - 0到AD9520 - 5，是非常低噪聲的鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘合成器，集成了壓控振蕩器（VCO）、時(shí)鐘分頻器，最多可提供24個(gè)輸出。該系列具備自動(dòng)保持功能和靈活的參考輸入電路，能實(shí)現(xiàn)非常平滑的參考時(shí)鐘切換。同時(shí)，還為外部VCXO提供了必要的配置。

二、評(píng)估板硬件連接

1. 電源與PC連接

• 安裝AD9520評(píng)估軟件，安裝需要管理員權(quán)限，且不支持64位Windows系統(tǒng)。
• 將墻式電源連接到主電源連接器P2，此時(shí)CR1（USBSTAT）、CR7（VS）、CR8（VS - CP）、CR9（VS_USB）和CR10（VS_LVPECL）五個(gè)LED會(huì)亮起。
• 連接USB電纜到評(píng)估板和PC，AD9520評(píng)估板上的CR2（VBUS）LED亮起，CR1（USBSTAT）LED開(kāi)始閃爍。
• 如果連接評(píng)估板時(shí)自動(dòng)彈出“發(fā)現(xiàn)新硬件向?qū)А贝翱冢x擇“自動(dòng)安裝軟件”并點(diǎn)擊“下一步”，該窗口可能會(huì)出現(xiàn)兩次，有時(shí)需要重啟系統(tǒng)。

2. 信號(hào)連接

• 將信號(hào)發(fā)生器連接到J10 SMA連接器，評(píng)估板的參考輸入默認(rèn)交流耦合，并以50Ω接地，幅度設(shè)置在0 dBm到6 dBm之間即可。
• 若要連接信號(hào)到REF2，將信號(hào)連接到J13 SMA連接器，在需要自動(dòng)無(wú)縫參考切換的應(yīng)用中，建議使用直流耦合。
• 可將示波器、頻譜分析儀或其他實(shí)驗(yàn)室設(shè)備連接到板右側(cè)的J0到J9 SMA連接器。OUT0到OUT8是交流耦合的低電壓正發(fā)射極耦合邏輯（LVPECL）輸出，OUT9到OUT11是直流耦合且無(wú)輸出端接，若要在LVPECL模式下使用OUT9到OUT11，需將0Ω電阻替換為0.1μF電容，并安裝200Ω下拉電阻。

3. 電源旁路

若要旁路墻式電源，需移除板背面的F7、F4、F2和F6鐵氧體磁珠，然后將臺(tái)式電源連接到評(píng)估板的TB1，這對(duì)于測(cè)量AD9520的功耗很有用。

4. PLL旁路

若要旁路PLL，將信號(hào)發(fā)生器連接到標(biāo)有CLK的SMA連接器，該連接默認(rèn)交流耦合到CLK引腳，并以50Ω接地。

5. 使用外部VCXO

• 在R9處安裝0Ω電阻并移除R8。
• 將環(huán)路濾波器和外部VCO/VCXO輸入連接到J12。
• 將外部VCO/VCXO輸出連接到J11 SMA連接器（CLK輸入）。

6. 使用I2C串口模式

• 將跳線S2移到中心和左側(cè)（I2C）引腳。
• 將跳線W1移到中心和左側(cè)（I2C）引腳。
• 使用跳線S5和跳線S6選擇所需的I2C地址，注意S5 = S6 = high保留用于SPI模式。
• 在評(píng)估軟件中，從I/O菜單點(diǎn)擊“Configure Serial Port”。
• 點(diǎn)擊“Reset Serial Port”，然后點(diǎn)擊“Detect Current Configuration”，會(huì)彈出對(duì)話框確認(rèn)I2C模式和地址。

三、評(píng)估板軟件安裝與運(yùn)行

1. 軟件安裝

• 可從Analog Devices網(wǎng)站下載最新的評(píng)估軟件和文檔。
• 若從CD安裝，插入AD9520評(píng)估軟件CD，雙擊“我的電腦”，再雙擊AD9520EV CD圖標(biāo)，打開(kāi)包含數(shù)據(jù)手冊(cè)、布局、原理圖和軟件的窗口，雙擊“Software”文件夾。
• 雙擊AD9520Eval_Setup1.1.0.exe（網(wǎng)站可能有更新版本），按照安裝說(shuō)明操作，默認(rèn)安裝位置為C:Program FilesAnalog DevicesAD9520 Eval Software。

2. 運(yùn)行軟件

• 給評(píng)估板上電并連接到PC，雙擊AD9520 Eval Software運(yùn)行評(píng)估軟件。
• 若軟件找到評(píng)估板，彈出窗口會(huì)顯示淺藍(lán)色文本；若未找到，顯示紅色文本。若未找到評(píng)估板，會(huì)彈出對(duì)話框讓用戶選擇連接的AD9520評(píng)估板，此時(shí)軟件可在獨(dú)立模式下運(yùn)行，該模式對(duì)于查看和生成寄存器設(shè)置文件很有用。
• 若在評(píng)估軟件運(yùn)行時(shí)連接評(píng)估板，會(huì)彈出窗口提示用戶使用評(píng)估軟件設(shè)置加載評(píng)估板或讀取評(píng)估板設(shè)置。

四、AD9520 PLL快速入門(mén)

以AD9520 - 4為例，假設(shè)輸入信號(hào)存在，評(píng)估板未修改，PLL環(huán)路濾波器適合用戶應(yīng)用，可按以下步驟配置和鎖定PLL：

1. 從主窗口頂部的PLL MODE框中選擇“Normal Op”開(kāi)啟PLL。
2. 在主窗口左上角的REF 1 (MHz)框中輸入預(yù)期的參考輸入頻率。
3. 點(diǎn)擊輸入?yún)⒖碱l率文本框右側(cè)的三角形緩沖符號(hào)，打開(kāi)參考輸入控制窗口，勾選“Enable REF 1”開(kāi)啟REF1參考輸入緩沖，然后點(diǎn)擊“OK”。
4. 窗口關(guān)閉后，REGISTER W/R部分的WRITE按鈕會(huì)閃爍紅色，點(diǎn)擊該按鈕將設(shè)置加載到評(píng)估板。
5. 點(diǎn)擊VCO (MHz)框右側(cè)的多路復(fù)用符號(hào)，選擇VCO作為時(shí)鐘分配電路的輸入。
6. 選擇VCO后，VCO (MHz)框的邊框會(huì)從灰色變?yōu)楹谏蛑酗@示當(dāng)前VCO頻率。
7. 點(diǎn)擊主窗口頂部的R DIVIDER框，設(shè)置參考分頻器的值并點(diǎn)擊“OK”。
8. 點(diǎn)擊主窗口頂部的N DIVIDER框，設(shè)置反饋分頻器的值并點(diǎn)擊“OK”，如N = 5500可使用8/9雙模模式，A = 4，B = 687。
9. 點(diǎn)擊主窗口右上角的CHARGE PUMP框，設(shè)置電荷泵電流（本例為1.2 mA），然后點(diǎn)擊“OK”。
10. 若所需配置的鑒相器頻率高于50 MHz，可點(diǎn)擊CHARGE PUMP框左側(cè)的PFD框，將反沖脈沖寬度設(shè)置為1.3 ns，但通常無(wú)需修改此設(shè)置。
11. 點(diǎn)擊主窗口中心Cal VCO按鈕左側(cè)的綠色VCO框，設(shè)置VCO分頻器。
12. 點(diǎn)擊主窗口右側(cè)的編號(hào)三角形符號(hào)，然后點(diǎn)擊“Safe Power Down”，關(guān)閉未使用的驅(qū)動(dòng)器。
13. 點(diǎn)擊DIVIDER 0到DIVIDER 3，輸入分頻比設(shè)置通道分頻器。
14. 點(diǎn)擊REGISTER W/R部分閃爍的紅色WRITE按鈕，將所需設(shè)置加載到AD9520評(píng)估板。
15. 點(diǎn)擊閃爍的黃色Cal VCO按鈕，打開(kāi)VCO校準(zhǔn)窗口，默認(rèn)VCO分頻比（16）適用于所有應(yīng)用，點(diǎn)擊Calibrate VCO窗口中的Cal VCO按鈕開(kāi)始校準(zhǔn)，此時(shí)PLL鎖定，板左側(cè)的鎖定檢測(cè)（LD）LED亮起。

五、評(píng)估軟件組件

1. 主窗口

AD9520評(píng)估軟件由對(duì)應(yīng)AD9520主要功能塊的子部分組成，從主窗口點(diǎn)擊相應(yīng)功能塊可訪問(wèn)其窗口。子窗口關(guān)閉后，主窗口REGISTER W/R部分的WRITE框可能閃爍紅色，點(diǎn)擊該框可將設(shè)置加載到評(píng)估板。

2. 各功能窗口

• PLL參考輸入窗口：用于啟用PLL參考輸入，默認(rèn)情況下參考輸入處于關(guān)閉狀態(tài)?？蛇x擇啟用REF 1、REF 2或兩者，若使用差分輸入，需勾選“Use Differential Ref Mode”。還可控制參考切換模式，若激活“Disable Switchover De - Glitch”，AD9520在參考切換期間保持活動(dòng)輸入和PLL輸出之間的相位關(guān)系；否則，在參考切換期間最小化輸出的相位干擾。若要連接晶體到參考輸入，需勾選“Enable XTAL Oscillator”。
• PLL配置窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主屏幕上的“Config PLL”按鈕打開(kāi)，包含SyncB計(jì)數(shù)器復(fù)位模式、PLL狀態(tài)寄存器和設(shè)置三個(gè)部分。SyncB計(jì)數(shù)器復(fù)位模式部分指示SYNC引腳激活時(shí)R、A和B計(jì)數(shù)器是否復(fù)位；PLL狀態(tài)寄存器部分可查看只讀PLL狀態(tài)寄存器的當(dāng)前值；設(shè)置部分控制PLL的各種設(shè)置，如保持模式。
• REFMON、STATUS和LD按鈕：這三個(gè)藍(lán)色按鈕允許用戶選擇在連接器P1的REFMON、STATUS和LD引腳出現(xiàn)的信號(hào)，這些引腳有許多有用的診斷信號(hào)，如R分頻器輸出可用于確保參考輸入和R分頻器正常工作，但動(dòng)態(tài)信號(hào)在正常操作中可能會(huì)對(duì)PLL性能產(chǎn)生不利影響。
• 寄存器讀寫(xiě)框：有WRITE、READ和UPDATE三個(gè)按鈕以及三個(gè)復(fù)選框。WRITE按鈕將評(píng)估軟件中存儲(chǔ)的值傳輸?shù)皆u(píng)估板，寄存器值改變時(shí)會(huì)閃爍紅色；READ按鈕將評(píng)估板中存儲(chǔ)的值傳輸?shù)皆u(píng)估軟件；UPDATE按鈕通過(guò)向寄存器0x232寫(xiě)入0x01發(fā)出I/O更新命令。勾選“All”復(fù)選框，點(diǎn)擊WRITE按鈕時(shí)會(huì)傳輸所有寄存器；勾選“Auto”復(fù)選框，評(píng)估軟件會(huì)在寄存器值改變時(shí)自動(dòng)將其寫(xiě)入評(píng)估板或發(fā)出I/O更新命令。
• SYNC、PD（電源關(guān)閉）和RESET按鈕：允許用戶控制AD9520的SYNC、PD和RESET引腳，每個(gè)按鈕有Strobe、Latch和Release三個(gè)選項(xiàng)。
• EEPROM控制窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口左下角附近的EEPROM按鈕訪問(wèn)，點(diǎn)擊“Program EEPROM”按鈕可將AD9520的當(dāng)前寄存器設(shè)置存儲(chǔ)到EEPROM，檢查窗口右側(cè)的EEPROM狀態(tài)寄存器部分可驗(yàn)證操作是否成功。若要加載EEPROM中存儲(chǔ)的值，需將S4 EEPROM跳線跨接在中心和右側(cè)（高）引腳，將EEPROM引腳拉高，然后點(diǎn)擊主窗口左下角的紅色RESET按鈕，選擇“Strobe ResetB”復(fù)位AD9520。
• 參考（R）分頻器窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口中的R DIVIDER框訪問(wèn)，可設(shè)置參考分頻器。若該框?yàn)榛疑?，PLL處于關(guān)閉狀態(tài)，需點(diǎn)擊主窗口頂部的PLL MODE框，選擇“Norm Op”開(kāi)啟PLL。窗口中有一個(gè)復(fù)選框用于將R分頻器保持在復(fù)位狀態(tài)，此功能很少使用。參考輸入路徑還有一個(gè)參考乘以2的復(fù)選框，可控制參考時(shí)鐘倍頻器。
• 反饋（N）分頻器窗口：通過(guò)點(diǎn)擊N DIVIDER框訪問(wèn)，可設(shè)置反饋分頻器。若該框?yàn)榛疑?，PLL處于關(guān)閉狀態(tài)，需開(kāi)啟PLL。N分頻器有多種模式，大多數(shù)應(yīng)用使用8/9或16/17雙模模式，對(duì)于需要分頻值大于131119的應(yīng)用，提供32/33模式。評(píng)估軟件有內(nèi)部檢查機(jī)制，確保不會(huì)編程無(wú)效設(shè)置，如B計(jì)數(shù)器必須始終大于A計(jì)數(shù)器，8/9雙模模式不能用于VCO頻率大于2400 MHz的情況。若反饋分頻器限制無(wú)法解決，可能需要調(diào)整R（參考）分頻器。窗口中有一個(gè)復(fù)選框用于將N分頻器保持在復(fù)位狀態(tài)，此功能很少使用。
• R和N延遲窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口上的N DELAY框訪問(wèn)，R DELAY框與N DELAY框相同，這些延遲設(shè)置常用于零延遲模式，允許用戶改變PLL的靜態(tài)相位偏移。
• 鑒相器（PFD）窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口中的PFD框訪問(wèn)，常用設(shè)置有反沖脈沖寬度和鎖定檢測(cè)計(jì)數(shù)器。對(duì)于鑒相器頻率大于50 MHz的情況，設(shè)置1.3 ns的反沖脈沖寬度可能會(huì)使PLL工作得更好；在環(huán)路帶寬較低且鎖定檢測(cè)計(jì)數(shù)器在捕獲期間抖動(dòng)的應(yīng)用中，將鎖定檢測(cè)計(jì)數(shù)器設(shè)置為大于5個(gè)PFD周期可能會(huì)有用。
• 電荷泵設(shè)置窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口中的CHARGE PUMP框訪問(wèn)，常用于改變電荷泵電流。窗口中還有一個(gè)復(fù)選框用于將電荷泵電壓設(shè)置為VCP/2，這對(duì)于調(diào)試PLL和將AD9520的輸出驅(qū)動(dòng)器部分與PLL部分隔離很有用。
• 零延遲窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口中的ZERO DELAY框訪問(wèn)，選擇內(nèi)部零延遲模式時(shí)，窗口會(huì)縮小，因?yàn)橹挥蟹诸l器0可以在內(nèi)部零延遲模式下工作。
• VCO校準(zhǔn)窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口中的Cal VCO按鈕訪問(wèn)，完成VCO校準(zhǔn)必須有有效的參考輸入信號(hào)，且VCO頻率變化超過(guò)40 MHz時(shí)必須重新校準(zhǔn)。VCO分頻比為16適用于所有應(yīng)用，但對(duì)于鑒相器頻率小于12 MHz的應(yīng)用，使用較小的VCO校準(zhǔn)分頻器可減少校準(zhǔn)時(shí)間。
• 通道分頻器窗口：通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的通道分頻器訪問(wèn)，通常只需更改分頻比，評(píng)估軟件和AD9520的占空比校正功能可確保輸出占空比接近50%。用戶還可通過(guò)更改相位偏移位設(shè)置來(lái)改變相位偏移，但要使新相位生效，必須通過(guò)主窗口左下角的SYNC按鈕切換SYNC信號(hào)。
• 輸出驅(qū)動(dòng)器窗口：通過(guò)點(diǎn)擊主窗口右側(cè)的編號(hào)三角形輸出驅(qū)動(dòng)器符號(hào)訪問(wèn)，關(guān)閉評(píng)估板上未使用的輸出很重要，因?yàn)樗鼈兛赡苁遣恍枰碾s散信號(hào)的主要來(lái)源。LVPECL和CMOS輸出有不同的端接要求，OUT0到OUT8交流耦合，每個(gè)輸出有200Ω下拉電阻，適合LVPECL驅(qū)動(dòng)器，但會(huì)降低CMOS驅(qū)動(dòng)器性能；OUT9到OUT11無(wú)端接電阻，適合CMOS操作，若要在LVPECL模式下使用，需添加下拉電阻；若要在OUT9到OUT11的SMA連接器處添加50Ω端接，需添加串聯(lián)去耦電容，使OUT9到OUT11的端接與OUT0到OUT8相同。
• 調(diào)試窗口：通過(guò)點(diǎn)擊視圖菜單中的“Debug”選項(xiàng)訪問(wèn)，窗口的串行I/O部分可方便地直接讀寫(xiě)寄存器。

3. 評(píng)估軟件菜單項(xiàng)

• 文件菜單：包含“Load Setup”（加載先前保存的AD9520設(shè)置文件）、“Save Setup”（保存AD9520設(shè)置文件）、“Generate Binary File”（生成可用于EEPROM編程器的二進(jìn)制設(shè)置文件）和“Exit”（退出評(píng)估軟件）選項(xiàng)。
• I/O菜單：包括“Select Evaluation Board”（選擇軟件控制的評(píng)估板）、“Configure Serial Port”（控制USB控制器與AD9520串口的交互方式）選項(xiàng)。
• 視圖菜單：包括“Debug”（直接讀寫(xiě)寄存器，強(qiáng)制各種配置引腳高低電平）和“Options”（選擇Windows XP視覺(jué)樣式）選項(xiàng)。
• 操作模式菜單：允許用戶選擇AD9520數(shù)據(jù)手冊(cè)中的三種操作模式。
• 幫助菜單：點(diǎn)擊“Help”打開(kāi)“About AD9520”窗口，包含版本號(hào)、區(qū)域信息和聯(lián)系信息等。

六、AD9520 PLL環(huán)路濾波器

AD9520 PLL需要外部環(huán)路濾波器，其組件需根據(jù)不同應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。評(píng)估板上的三階無(wú)源配置通常能為許多應(yīng)用提供最佳性能，默認(rèn)環(huán)路濾波器針對(duì)參考時(shí)鐘清理進(jìn)行了優(yōu)化，具有平坦的傳輸函數(shù)，峰值<0.1 dB，環(huán)路帶寬為0.5 kHz到10 kHz。對(duì)于參考時(shí)鐘抖動(dòng)相對(duì)較低的時(shí)鐘生成應(yīng)用，高環(huán)路帶寬（BW）環(huán)路濾波器是更好的選擇。不過(guò)，這些建議不能替代使用ADIsimCLK確定特定應(yīng)用的最佳環(huán)路濾波器，ADIsimCLK可幫助設(shè)計(jì)和探索AD9520的功能和特性，包括PLL環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)。

七、使用評(píng)估板對(duì)用戶板上的AD9520進(jìn)行編程

1. 硬件連接

• 將跳線S2移到中心和左側(cè)（I2C）引腳。
• 將跳線W1移到中心和左側(cè)（I2C）引腳。
• 使用跳線S5和跳線S6為AD9520評(píng)估板選擇所需的I2C地址，注意該地址不能與目標(biāo)AD9520的I2C地址沖突。
• 將跳線電纜從評(píng)估板的Header P1的SDIO_SDA引腳連接到目標(biāo)板的SDA引腳，同樣將SCLK_SCL引腳和GND引腳分別連接到目標(biāo)板的SCL引腳和接地引腳。

2. 軟件配置

• 在評(píng)估軟件中，從I/O菜單選擇“Configure Serial Port”，點(diǎn)擊“Reset Serial Port”，然后點(diǎn)擊“Detect Current Configuration”，彈出對(duì)話框確認(rèn)I2C模式和地址。若目標(biāo)I2C地址與自動(dòng)選擇的不同，從列表中選擇目標(biāo)AD9520的I2C地址并點(diǎn)擊“OK”。
• 從菜單欄的視圖菜單點(diǎn)擊“Debug”，再點(diǎn)擊“I2C Debug”按鈕，輸入評(píng)估板上跳線S5和跳線S6設(shè)置的I2C地址并點(diǎn)擊“Ping”，若返回ACK消息，對(duì)目標(biāo)AD9520重復(fù)此步驟，若兩個(gè)地址都返回ACK，則遠(yuǎn)程AD9520可進(jìn)行編程。
• 對(duì)目標(biāo)AD9520進(jìn)行所需設(shè)置編程，完成后點(diǎn)擊主窗口上的EEPROM按鈕訪問(wèn)EEPROM窗口，點(diǎn)擊“Program EEPROM”將設(shè)置寫(xiě)入EEPROM。

八、AD9520二進(jìn)制文件生成與校驗(yàn)和

1. 二進(jìn)制文件生成

點(diǎn)擊文件菜單中的“Generate Binary File”，提示用戶輸入文件名，默認(rèn)擴(kuò)展名為.bin，軟件沒(méi)有加載.bin文件的功能，二進(jìn)制文件格式中字節(jié)偏移0包含寄存器0x000的值。

2. 校驗(yàn)和生成

支持8位和16位校驗(yàn)和，設(shè)備校驗(yàn)和使用