[参考译文] ADS8681：对于源同步内部时钟、我可以获得多少个 SDO 位？

你好 Justin！  

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有两种选项可用于缩短数据帧中所需的时钟。  

1. “短“数据传输帧来完成的。  
   1. 输出数据字配置为在转换结果-->输出数据=｛Conversion Result D[31：16]、可选状态标志 D[15：2]、00b｝之后包含可选的状态标志
   2. 在短数据帧中、时钟计数器可以小于 32、以便启用仅读 回数据。 这意味着数据帧可以至少为 16 个时钟、如果需要一些状态标志、则为 19。  
   3. **使用此功能会使 SDI 命令无效,始终显示为 NOP 命令。
      1. 这在读回转换数据时没关系
      2. 但是、在配置到器件时（读取或写入器件寄存器映射）、数据帧必须为 32 位。  
      3. 减少时钟计数、直到配置完成后才会读取转换数据。  
2. 双 SDO
   1. 此器件具有可将多功能引脚 (ALARM/SDO-1/GPO) 配置为第二个 SDO 的功能。  
   2. 这会将数据帧大小减半、需要 16 个时钟而不是 32 个时钟。  

如果需要状态位、对于完整的数据位和状态位（30 位）、我建议使用双 SDO。 这是否适合您的设计？  

此致、

Yolanda

你好、Yolanda、  

由于目前我的设计仅限于单 SDO、因此我想进一步探讨第一个选项。
由于似乎无法使用源同步内部时钟方法来获得至少 20 位、因此如果我在 66.67MHz 上使用 SCLK、我想探索这个选项。

对于 SCLK、似乎可以避免 t_DEN_CSRVS 延迟时间、并允许我仅在 10ns 后从主机控制器获取数据。

通过这种方法、我似乎可以在非常严格的时序约束下获得 20 位数据。  

您好 Justin、  

感谢您的更新、使用具有标准 SPI 的外部 SCLK 确实为扩展数据帧留出了更多空间。  如果可以选择使用 RVS 作为触发/中断、这可能有助于略微增加读取时间、从而还允许读取更多几个位。  

您是否能够分享 ADC 的使用方式、以及要在系统读回中包括哪些状态位很重要？  

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

当前所需的位是转换数据（16 位）、输入警报位（2 位）和奇偶校验位（2 位）。  
ADC 将连接到隔离器、然后隔离器将连接到主外设。 由于隔离器（4 个通道）的限制、我只能在主外设和 ADC 之间连接 CS、SCLK、MOSI 和 MISO 通道、因此不需要连接 RVS。  

感谢您与我们分享 Justin、  

那么您是正确的、使用标准 SPI 和来自 SCLK 的控制器将是获得至少 20 位数据和 1MSPS 吞吐量的理想情况。  

我确定它已经知道、但以防在配置器件时、数据帧大小必须为 32 个时钟、这意味着在此期间周期时间必须慢于 1MSPS。  

此致、  

Yolanda

出于好奇心、在配置器件时、我是否可以使用更短的 t_CONV（例如 100ns 而非 665ns）、但使用相同的 SCLK 频率（有 32 个时钟周期）？

嗨、Justin、  

不建议在转换期间发生数字事务。 除了只影响要转换的样本外、 转换周期中还有一个安静的时间、在这个时间内、避免数字事务至关重要。 因此建议等到转换结束后再进行。  

组合 CONVST 和 CS 的通用引脚也会使避免这种情况变得更加困难。  

除了建议等到转换结束之外、另一种解决方案是让器件在转换开始后忽略 CONVST/CS 事务。  

是否不能在器件配置期间延长周期时间？  

是否允许在设备配置和数据采集之间添加一些“虚拟“帧或延迟？ 则可能不需要完整的转换延迟。  

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

我考虑了使用标准 SPI 和来自 SCLK 的主机控制器、但我仍然无法找到一种能够获得 20 位以实现 1MSPS 吞吐量的有效场景。 我希望您能帮助提供更多见解或纠正我在时序分析中的错误（如果有）。

在当前的设计草案中、我的原理图将基于 ADS8681 数据表中的图 7-25 并使用隔离 阈值 ISOW6441 模型（目前，我知道，这是由直流/直流转换器组成的隔离器，在其他隔离器中具有出色的性能）。


主机控制器的内部时钟以 250MHz（4ns 精度）运行、因此 t_CONV=668ns（而非 665ns）、t_(DEN_CSDO)=12ns（而不是 10.5ns）和 t_(HT_CKDS)=8ns（而不是 7、5ns）、我进行了时序分析、如下所示。  

1. 对于标准 SPI、SCLK 限制为 25MHz（通过隔离器）。 因此、整个周期将是多少
      T_cycle = t_CONV + t_(DEN_CSDO)+ N∗t_SCLK + t_(HT_CKCS)= 668ns + 12ns + 20*40ns + 8ns = 1488ns (@672kbps)
2. 对于相位延迟 SPI、SCLK 通过计算得出
   T_SCLK/2 - PWD/2 >= 0.45*t_sclk； t_sclk >= 10*PWD
   由于 PWD 最坏情况为 3ns、因此 MIN (t_SCLK) 限制为 30ns (@33.33MHz)。
   T_SCLK >= 2 *(t_(D_CKDO)+PWD+t_(TRACE+FPGA)+D_err)>= 2 *(12+3+1+0)>= 32ns (@31.25MHz)
   假设 TRAC+FPGA 设置延迟非常小 (1ns)、且延迟机制可以完美同步（0ns 误差）
   T_cycle = t_CONV + t_(DEN_CSDO)+ N∗t_SCLK + t_(HT_CKCS)= 668ns + 12ns + 20 * 32ns + 8ns = 1328ns (@753kbps)
3. 与内部时钟进行源同步
   T_cycle = t_CONV + t_(DEN_CSRVS)+ N* t_(CYC_RVS)= 668ns + 50ns + 20*15ns = 1018ns (@982.3kbps)

我无法确定能够实现 20 位@1Mbps 的合适 SCLK（或如何实现）。

你好、Yolanda、

感谢您的见解。 我认为在器件配置期间允许我的系统具有更长的周期时间（但不允许进行 ADC 数据采集、因为目标是实现至少 20 位@1Mbsp）。 我要记住、在主机控制器上设计设计时、t_CONV 必须至少具有 665ns 的时间。  

目前、主要问题仍然是如何通过仅使用实现 20 位@1Mbps 的技术  阈值  能够执行直流/直流转换的隔离器（ISOW 系列）。

您好 Justin、  

您的计算结果很好。  

使用标准 SPI 时、可在大于 60MHz SCLK 的 20 位下实现 1MSPS。 如果仅使用一个  ISOW6441 时 25MHz 存在限制、则无法达到 1MSPS。  

为了获得更高的吞吐量、最好将源同步器件与内部时钟一起使用。 如您所示、将 1MSPS 模拟仅缩短 18ns。  如果对于 FPGA 可能、可以使用 DATAOUT_CTL_REG 寄存器中的 DATA_VAL[2：0]位来校准数据输出。 通过校准、  可以使用 tDEN_CSRVS 的更典型值、而不是固定的最大值。 根据系统温度条件和预期的 ADC 到 FPGA 路径延迟、这种方式校准数据可以节省 1MSPS 吞吐量所需的 18ns。  

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

很抱歉、我无法了解设置 DATA_VAL[2：0]如何帮助将 t_DEN_CSRVS 调整为典型值。 根据数据表、DATA_VAL[2：0]必须设置为 0XX 才能接收转换数据、将其设置为其他值将导致其他指定模式、从而使 ADC 不执行其功能。  

您能帮助我们详细说明一下吗？ 以及数据表中未提供的 t_DEN_CSRVS 的典型值是多少。   

您好 Justin、  

将 DATA_VAL 设置为 1xx 将输出指定的模式、而不是转换数据、正确。  为了进行校准、可以使用可用模式指定 CONVST/CS 变为低电平之间的延迟、MSB 在 SDO 上出现时之间的延迟、以及 SDO 上每个下一个有效数据的延迟。 在某些 FPGA 中、内部时钟可以对此进行校准、并且可用于从 SDO 读取数据。 在内部复制 RVS 时钟输出。  

CONVST/CS 变为低电平与 RVS tDEN_CSRVS 第一个边沿之间的延迟可通过使用 DATA_VAL = 5（数据输出为全 1s）计算得出。 --> SDO (MSB) 的第 1 个边沿等于  tDEN_CSRVS + TD_RVSDO。   TD_RVSDO 最大值为 2.5ns、没有太大差异、 tDEN_CSRVS 小于 50ns、因此可以节省时间、步长接近 1MSPS。

然后使用 DATA_VAL = 6（0 和 1 交替）、可以计算数据输出的延迟/速率。  

校准完成后、返回并将 DATA_VAL 设置 为 0xx 将配置转换数据、但现在使用内部校准时钟、可在 66.67MHz 读取数据。

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、  

感谢您的答复。 我想我现在已经有了理解。 不过、我还有一些问题。

1.假设我的 FPGA 能够连接到 ADC 的 RVS（具有额外的 ISOW）、ADS8681W 的典型 t_DEN_CSRVS 是否有范围？ （目前，我仍处于时间分析阶段，我想查看典型场景及其各自的时间）。

2.我想问典型的 t_DEN_CSRVS 在每一个可邀请的 ADS8681W 之间是否有很大的不同？

您好 Justin、  

器件之间的差异不大、但延迟也取决于温度。  

设置 Current 最大值是为了确保在高达 125°C 的温度下提供足够的延迟。 如果您的系统不例外地处于接近 125°C 的环境中、则很可能延迟约为 10ns  

访问 RVS 也将增加对转换延迟的了解、因为当 CONVST/CS 为高电平时、RVS 会反映内部 ADC 时序、RVS 上的转换将表示转换已结束、并且 CONVST/CS 可变为低电平。  如果不接近 125°C、这也可能在 10-20ns 范围内节省。  

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、  

感谢您的答复。  

目前、我考虑使用 multiSPI 源同步内部时钟模式来执行读取和写入性能。  

与我对图 5-8 的理解相同。 multiSPI 源同步内部时钟串行接口时序图、RVS 没有显示表示转换已结束的转换（但适用于标准 SPI 和/或源同步外部时钟）。  

我在这里再次确认一下我的理解程度、借助 multiSPI 源同步内部时钟模式、为了实现 20 位读取数据、我只需要做一个
步骤 1. 在 FPGA 上、在 t_conv_max 之后将 CS 从高电平切换到低电平、
步骤 2. 在 FPGA 上、等待 RVS 显示负边沿并捕获 SDO MSB
步骤 3. 在 FPGA 处、重复步骤 2、直到获得所需的位数。
步骤 4. 在 FPGA 上、将 CS 从低电平切换到高电平、然后从步骤 1 重复。  

假设典型的 T_DEN_CSRVS 将小于 10ns（如数据表中所述，远低于 50ns）、则可以实现 1MSPS 的数据速率。

如果以上任何陈述有误、请纠正我。


问题的下一部分是如何在 multiSPI 源同步内部时钟模式期间写入（或 ADC 的配置）？ 或者、只允许我使用标准 SPI 方法进行写入？

您好 Justin、  

你的理解是正确的,除了一件事,但这可能是因为我的措辞。  我的意思是、  t_dEN_CSRVS 可以比最大值低大约 10ns、因此~40ns。 我很抱歉混淆。  

在源同步内部模式和 RVS 可用的情况下、是的、您提到的步骤是理想的、可以使您接近 1MSPS、但可能略低于或完全低于 1MSPS。

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、  

感谢您的澄清。

我很好奇为什么 t_DEN_CSRVS 的值高于 t_DEN_CSDO（低于 10ns）。

RVS 和 SDO 不是相关信号（其中 RVS 是信号在 SDO 准备好捕获时进行了阐明）、并且由于在标准 SPI 中、t_DEN_CSDO 小于 10ns、t_DEN_CSRVS 不应该与 t_DEN_CSDO 的值大致相同吗？

您好 Justin、  

时序约束 t_DEN_CSDO 是从 tri 状态到驱动状态的 SDO 延迟。 当 CS 为高电平时、SDO 处于 tri 状态、而当 CS 为低电平时、则会被驱动。  

另一方面、T_DEN_CSRVS 包括由于使用多功能引脚 (RVS) 输出内部时钟（不仅是典型的，主要是静态的内部状态）而导致的额外延迟、以及启用数据输出并准备移出与 RVS 时钟输出同步的数据的延迟。 这可能需要几个牺牲的时钟周期才能使 SDO 和 RVS 同步。 此外、随着温度的变化 、可能会出现一些漂移、最大值为 50ns。

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

我进行了一些计算、中间有一个隔离器、我没能使我的系统在 1MSPS 的速率下以 20 位目标频率运行。 一个周期所需的总时间为 t_total = t_CONV_MAX + t_dEN_CSRVS + 2* t_PD + 20* t_CYC_RVS = 1050ns（最坏情况，t_pd = 16ns、t_dEN_CSRVS = 50ns）或 1022（典型情况，t_PD = 7ns、t_dEN_CSRVS = 40ns）。

由于 FPGA 上只有一个额外的引脚可用于在 RVS 或 SDO_1 之间进行选择、因此连接 RVS 似乎并不能帮助我实现目标速率。 我必须选择 SDO_1。 对于双 SDO 如何帮助我在 1MSPS 下实现 20 位、您有什么建议吗？

您好 Justin、  

使用双 SDO 会使实现 20 位变得更容易、因为它会将所需的时钟数减少 2。  

使用标准 SPI 时、这是在 SCLK = 32MHz 时实现的、对于前面提到的 25MHz、~920kSPS 仍然可以实现。  

此致、  

Yolanda