一、多板同步的核心挑战
在相控阵雷达、大规模MIMO通信及分布式射频采集系统中，多通道数据的相位一致性和时间同步精度直接决定系统性能。传统方案依赖外部时钟分发器与FPGA协同，但存在布线延迟差异、时钟抖动累积等问题。Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC系列（如XCZU47DR）集成高性能ADC/DAC与可编程逻辑，结合TI的LMK04828时钟芯片，可构建低抖动、高确定性的多板级联同步架构，实现ps级相位一致性。
二、核心硬件架构设计
1. ZU47DR的射频与处理能力
· 射频直采能力：集成8路14-bit 5GSPS ADC和8路14-bit 9.85GSPS DAC，支持DC-6GHz频段直接采样，消除传统混频链路带来的相位偏差。
· 异构计算架构：
o 4×Cortex-A53处理协议栈与数据封装；
o 2×Cortex-R5实时控制ADC/DAC触发时序（响应延迟≤10μs）；
o FPGA逻辑单元（930K LUTs）实现硬件级信号处理（如1024点FFT耗时≤1μs）。
2. LMK04828的时钟同步机制
· 全局时钟分发：作为高性能时钟发生器，支持多路超低抖动（≤50fs）输出，关键特性包括：
o 双环PLL架构：PLL1锁定参考源，PLL2生成同步时钟；
o 分频器确定性相位技术：通过固定分频系数（如N分频）确保多板输出相位对齐。
· 跨板级联设计：
o 主从架构：主板LMK04828输出参考时钟（如100MHz）驱动从板时钟芯片，通过SYSREF信号对齐所有板卡时钟边界；
o 相位校准：采用“DAC分频链+锁相环配置”组合，消除分频系数导致的相位随机性。
三、多板同步实现方案
1. 同步流程（基于PG269 MTS机制）
1). 时钟树初始化：主LMK04828输出参考时钟至所有从板，配置相同的PLL分频比（如DIV=24）。
2). SYSREF信号对齐：
o 主芯片生成SYSREF脉冲，通过LVDS广播至所有ZU47DR板卡；
o ZU47DR内部IP核捕获SYSREF。
3). 多Tile同步（MTS）：
o 通过AXI总线配置RF-Data Converter IP核，启用多Tile同步序列；
o 自动补偿板间布线延迟，实现ADC采样窗口对齐。
2. 关键配置参数
四、性能测试与优化
1. 实测数据（参考威视锐案例）
· 测试场景：两块ZU47DR板卡，各使用8个ADC通道（共16通道），1500MHz单音信号经功分器输入。
· 同步结果：
o 通道间相位差：同次触发偏移5°以内
2. 常见问题与解决
· 问题1：SYSREF时序抖动
方案：缩短SYSREF走线长度，启用LMK04828的“Zero Delay”模式消除内部延迟。
· 问题2：多板启动时序偏差
方案：ZU47DR采用同步复位信号（SYNC_IN），强制所有板卡同步加载比特流
文章来源：威视锐科技