前言

RFSoC中最重要的部分是射频直采ADC和DAC的配置，因此了解内部相关原理结构可以帮助我们更好理解相关功能配置参数含义。本文参考官方手册，主要对RFSoC的ADC内部结构以及数字步进衰减器和过压功能进行介绍。

RF-ADC简介

tile 中的每个 RF-ADC 都有自己专用的高性能输入缓冲器，包括针对直接 RF 应用优化的功能，包括正交调制器校正 (QMC)，全复杂混频器和抽取滤波器。前两代和第三代在结构上基本相同。

某些功能只能在一个 Tile 中的 RF-ADC 配对时执行。 偶数 RF-ADC 用于 I 数据路径，奇数 RF-ADC 用于 Q 数据路径。 一个 Tile 的所有可用内置功能以及一个 Tile 中的每个 RF-ADC 都使用支持 RFdc 驱动程序 API 或 Vivado IDE 中的内核配置界面进行配置。

RF-ADC 模拟输入

Tile 中的每个 RF-ADC 都有自己的差分模拟输入缓冲器。 该输入针对性能进行了优化，并且需要源阻抗匹配以获得最佳动态性能。

Gen 1/Gen 2 和 Gen 3 之间的 Vcm 不同。

有几种方法可以驱动一个Tile 中的 RF-ADC。 驱动 RF-ADC 可以是有源的也可以是无源的。 但是，通过差分驱动模拟输入可以实现最佳性能。对于交流耦合模式，输入信号应使用电容器进行交流耦合。 对于 DC 耦合模式，输出 VCM 缓冲器启用，如上图所示。 该缓冲器仅在选择直流耦合模式时启用。 此 VCM 缓冲器允许您根据 ADC 内部通用要求设置外部有源驱动电路的共模。 每个图块有两个 VCM 缓冲器（VCM01、VCM23）。

当处于直流耦合模式并使用外部有源器件驱动时，如果 Zynq UltraScale+ RFSoC 尚未上电，确保驱动电路将共模电平拉至地非常重要。 当 Zynq UltraScale+ RFSoC 上电时，共模电平应在指定范围内。 这里假设驱动电路和 RFSoC 具有符合 Xilinx RFSoC PCB 集成指南的公共接地层。

对于以信噪比 (SNR) 为关键参数的所有应用，赛灵思建议使用差分变压器或巴伦配置。

对于未使用或禁用的 ADC 通道，以下是有关输入引脚的建议：

1. 当 IP 中未启用 ADC 通道并且该通道永远不会使用时，应将 ADC VIN 引脚连接到直接接地。
   
2. 当一个 ADC 通道在 IP 中启用但没有被 PCB 上的任何东西驱动时，RF 输入可能会悬空。 您必须确保选择了交流耦合模式。 这对于某些 SYSREF 分配用例可能是必需的，其中 ADC 通道可以通过软件上电或断电，同时在 IP 中启用该通道。
   

Digital Step Attenuator (Gen 3) （数字步进衰减器、第 3 代）

在某些情况下，模拟输入信号幅度/功率可能会有很大差异，例如，由于不同的 RX 信号强度或存在阻塞/干扰信号。 这种可变信号电平传统上是使用可变增益放大器 (VGA)/数字步进衰减器 (DSA) 在外部处理的，它可以调整幅度以获得最佳输入范围。

DSA 与缓冲器集成在一起，如下图所示。

DSA 关键参数（第 3 代)

有关 DSA 参数，请参阅 Zynq UltraScale+ RFSoC 数据表(DS926)。

DSA 操作细节（第 3 代)

片上 DSA 支持以下两种行为：

1. 用户使用直接可编程逻辑输入选择衰减值。
2. 在过压事件中强制或禁用自动衰减值（连同缓冲器）。

来自 PL 的 5 位实时信号 (dsa_code) 根据以下公式直接设置 DSA 值。

DSA_code 的范围是从 0 到最大允许代码，该代码映射到从最大衰减值到 0 dB 的 DSA 值，步长和范围在 Zynq UltraScale+ RFSoC 数据表中定义(DS926)； 其他 dsa_code 值无效。 例如，假设 DSA 的范围为 27 dB，步长为 1 dB，如果您希望 DSA 值为 10 dB，则 dsa_code 值为 17 (27 - 10)，dsa_code 为 0b10001。

dsa_code 使用触发信号 (dsa_update) 的上升沿进行更新。一旦被 s_axi_aclk 捕获，触发信号是异步的，这允许最快的操作，并且它被分配到一个 tile 内的所有通道，以允许同时更新 DSA 代码。

从 dsa_update 断言到数字输出处代码更改的传播延迟对于双 RF-ADC 和四 RF-ADC 分别约为 400 T1 和 220 T1。

确切的更新时刻取决于模拟电路内触发器的本地同步； 因此，实际更新时间存在一些不确定的采样时钟。还有一些 RFdc API 可用于设置和获取以 dB 为单位的 DSA 值。 API 独立更新每个通道，响应时间比实时端口更新慢。

过压（第 3 代）

在 RF-ADC 模拟输入缓冲器模块内检测到过压情况，并使用标志进行通信。 当检测到这些条件时，模拟模块也会保护输入。 这种保护是自动的，不需要数字电路的任何配置或交互。 处理两种类型的过电压：

• Over Amplitude（过振幅）：这是缓冲器输出振幅对于 RF-ADC 内核来说太大的情况，它在单端缓冲器输出上被检测到。 当检测到过幅情况时，中断机制和过电压实时输出信号都会对其进行标记。
• Outside Common-Mode range（共模范围外）：这是输入端的共模超出/低于可靠范围的地方。 当检测到共模欠压或过压情况时，中断机制和 cm_over_voltage 或 cm_under_voltage 实时输出信号都会对其进行标记。

下图显示了检测到上述两个输入违规的位置：

Over Amplitude (Gen 3)

当一个 Over Amplitude 发生时，片上 DSA 被自动设置。 在此期间，输入缓冲器保持活动状态，衰减数据被发送到数字电路，并且“粘性”过电压输出信号被断言并保持断言，直到您将其清除。

要清除 over_voltage 信号，请置位 clear_ov 信号，它是一个异步的上升沿敏感输入，置位后，将 DSA 设置返回到先前编程的用户值。

上图显示了在存在大信号时设置的幅度过电压。

输出信号 over_voltage 被置位，并保持设置直到您将其清除，而进入 RF-ADC 的信号会自动衰减（自动）。 它还显示了如果在大信号持续存在时清除事件会导致 over_voltage 信号重新生效，并且衰减会继续自动设置。

超出共模范围（第 3 代）

当超出共模范围时，输入缓冲器被有效禁用并自动保护。

如果检测到低于或高于共模信号，则将电平标志 cm_under_voltage 或 cm_over_voltage 发送到 PL。 由于 RF-ADC 在此事件期间被禁用，因此数字数据路径中的数据被门控为 0。上电过程的校准阶段将不会开始，直到共模处于安全工作范围内。

cm_under_voltage 或 cm_over_voltage 信号在共模超出阈值时保持设置，并在共模返回安全工作范围时自动取消断言。 如下图所示：

reference

1. PG269