《电子技术应用》
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基于多片AD9680的同步系统设计与测试分析
电子技术应用
于吉刚,董辉
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要: 针对相控阵雷达、分布式测量及高频通信等领域对多通道高速同步采集的高精度需求,设计了一套基于AD9680模数转换器与HMC7043时钟同步芯片的多片同步采集系统。系统以LMK04828为基准时钟源,通过3片HMC7043实现对12片AD9680的精确时钟同步与信号分发;采用双FPGA架构,分别控制12路ADC通道,并基于JESD204B协议完成高速数据传输。在1 000 MHz采样率下,对多种典型输入信号的测试结果表明,通道间相位偏差不超过3°,满足高精度同步要求;同时,系统各项动态性能指标均达到设计标准,为多通道高频信号同步采集提供了一种可靠且具有实用价值的工程解决方案。
中图分类号:TN919 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.267772
中文引用格式: 于吉刚,董辉. 基于多片AD9680的同步系统设计与测试分析[J]. 电子技术应用,2026,52(9):134-139.
英文引用格式: Yu Jigang,Dong Hui. Design and test analysis of a synchronization system based on multiple AD9680 devices[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(9):134-139.
Design and test analysis of a synchronization system based on multiple AD9680 devices
Yu Jigang,Dong Hui
The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract: To address the stringent requirements for high-precision, multi-channel, high-speed synchronous data acquisition in applications such as phased-array radar, distributed measurement, and high-frequency communications, this paper presents a multi-device synchronized acquisition system based on the AD9680 analog-to-digital converter and the HMC7043 clock synchronization chip. The system employs the LMK04828 as the master clock reference and utilizes three HMC7043 devices to achieve precise clock synchronization and signal distribution across twelve AD9680 ADCs. A dual-FPGA architecture is adopted, with each FPGA controlling 12 ADC channels, and high-speed data transmission is implemented via the JESD204B interface protocol. Experimental results under a 1 000 MHz sampling rate with various typical input signals demonstrate that the inter-channel phase skew remains within 3°, fully satisfying high-precision synchronization requirements. Furthermore, all dynamic performance metrics meet the design specifications, offering a reliable and practically valuable engineering solution for multi-channel, high-frequency synchronous signal acquisition.
Key words : multi-channel;synchronous signal acquisition;AD9680;HMC7043;LMK04828;dynamic performance metrics

引言

在现代电子信息领域,多通道同步采集技术是实现高精度信号处理的核心支撑,其性能直接决定了系统对复杂信号的捕捉与解析能力。在相控阵雷达系统中,需通过数十路甚至上百路通道同步采集目标回波信号,以实现对目标方位、距离的精准测量;在分布式声学传感、超声成像等领域,多通道同步采集可有效提升信号的空间分辨率与时间关联性;在高频通信系统测试中,多通道同步采集能够实现对多载波信号、调制信号的实时监测与分析。随着信号频率向更高频段提升,对多通道采集系统的同步精度、采样速率、动态性能提出了更为严苛的要求:一方面,高速ADC的多片同步需解决时钟相位一致性与数据时序同步两大核心问题;另一方面,高频信号传输过程中的时钟抖动、链路延迟、噪声耦合等因素,均会导致通道间相位偏差增大,影响系统整体性能[1]。相较于传统多通道高速同步采集系统设计方法,本文方案针对高频采集场景完成多维度创新优化,核心优势有三方面:(1)采用LMK04828和3片HMC7043星型时钟分发架构与双FPGA并行控制方案,突破传统单芯片、单FPGA架构的局限,实现12通道ADC同源时钟精准同步,解决了通道扩展受限、时钟延迟偏斜大的问题;(2)定制化优化AD9680硬件电路,通过双巴伦耦合输入、外部精密基准源、超低噪声线性电源供电的组合设计,消除各类噪声与温漂对同步性能的干扰,充分发挥ADC原生动态性能;(3)优化JESD204B Subclass 1模式下SYSREF信号配置,实现星型拓扑下信号到达偏差≤100 ps,结合时钟芯片的数字/模拟延迟独立调节功能,解决传统方案多芯片确定性延迟难以校准的痛点,实现宽频率范围内相位偏差的精准控制。

本系统设计的12通道高速同步采集方案工程实用性强,可直接适配相控阵雷达、分布式测量、高频通信测试等领域的实际应用需求,通道间≤3°的相位偏差对核心应用场景具有重要的工程实际意义:在相控阵雷达波束成形应用中,3°的相位偏差远低于相控阵雷达波束指向的相位容限,不会造成波束主瓣偏移、副瓣电平升高,可保证雷达对目标方位、距离的精准探测与跟踪;在分布式声学传感、超声成像等分布式测量场景中,3°的相位偏差能够保障多通道采集信号的时间关联性与空间一致性,有效避免相位偏差导致的测量数据失真,提升系统的空间分辨率与测量精度;在高频通信系统测试中,该相位精度可满足多载波信号、调制信号的实时监测需求,为信号分析与性能评估提供精准的原始数据[2-3]。


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作者信息:

于吉刚,董辉

(中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡214035)

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