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設(shè)計(jì)高性能時(shí)鐘的幾點(diǎn)技巧

Silicon Labs ? 來源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2017-10-31 09:45 ? 次閱讀
時(shí)鐘樹設(shè)計(jì)原則

在高性能應(yīng)用中,例如通信、無線基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)器、廣播視頻以及測試和測量裝置,當(dāng)系統(tǒng)集成更多功能并需要提高性能水平時(shí),硬件設(shè)計(jì)就變得日益復(fù)雜,為系統(tǒng)提供參考時(shí)序的板級(jí)時(shí)鐘樹也走向這種趨勢。在進(jìn)行時(shí)鐘樹設(shè)計(jì)時(shí),一成不變的策略并不適用,優(yōu)化時(shí)鐘樹以滿足性能和成本的要求取決于多種因素,包括系統(tǒng)架構(gòu)、集成電路 IC )時(shí)序需求(頻率、信號(hào)格式等)和終端應(yīng)用的抖動(dòng)需求。

參考時(shí)序 - 何時(shí)使用晶體或時(shí)鐘

第一個(gè)設(shè)計(jì)原則是理清硬件設(shè)計(jì)的參考時(shí)鐘需求,并選擇用于系統(tǒng)中處理器、 FPGA ASIC PHY DSP 和其他組件的參考時(shí)鐘類型。如果 IC 已集成振蕩器和片上鎖相環(huán)( PLL )用于片內(nèi)時(shí)序,那么通常可以使用石英晶體。石英晶體具有成本效益,因其優(yōu)異的相位噪聲特性而被廣泛使用,他們放在靠近IC的地方,以簡化電路板布局。然而,晶體的缺點(diǎn)之一是在整個(gè)溫度范圍內(nèi)頻率有顯著變化,超出許多串化器/并化器( SerDes )應(yīng)用中高精度ppm等級(jí)的穩(wěn)定性需求。在許多要求高穩(wěn)定性的高速SerDes 應(yīng)用中,推薦使用晶體振蕩器( XO ),因其可以確保比無源晶體更可靠的穩(wěn)定性。

當(dāng)需要多個(gè)參考頻率時(shí),通常使用時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘緩沖器。在某些應(yīng)用中,FPGA/ASIC有多個(gè)時(shí)鐘域用于數(shù)據(jù)通路、控制平面和存儲(chǔ)控制器接口,需要多個(gè)特定參考頻率。如果 IC 提供晶體輸入接口,或者當(dāng) IC 需要與外部參考(同步源應(yīng)用)同步時(shí),又或者當(dāng)所需高頻參考值很難由晶體生成時(shí),時(shí)鐘發(fā)生器和緩沖器也是優(yōu)先選擇。

自由運(yùn)行對(duì)比同步時(shí)鐘樹

一旦硬件設(shè)計(jì)確定下來,并且為部分器件選擇了晶體,接下來的步驟就是為剩下的時(shí)鐘選擇時(shí)序架構(gòu):自由運(yùn)行或同步。對(duì)于需要一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立參考時(shí)鐘,且沒有任何特殊鎖環(huán)或同步需求的應(yīng)用來說,XO、時(shí)鐘發(fā)生器和時(shí)鐘緩沖器是理想選擇。處理器、存儲(chǔ)控制器、 SoC和外圍組件(例如, USB PCI Express 轉(zhuǎn)換器)通常使用 XO、時(shí)鐘發(fā)生器和時(shí)鐘緩沖器組合,為自由運(yùn)行和異步的應(yīng)用提供參考時(shí)序。

如果應(yīng)用需要一到兩個(gè)定時(shí)源,XO 是最好的選擇;而時(shí)鐘發(fā)生器和緩沖器更適合同時(shí)需要多個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘的應(yīng)用。時(shí)鐘發(fā)生器能夠合成多個(gè)不同頻率的時(shí)鐘,但與由時(shí)鐘緩沖器加上XO組成的時(shí)鐘樹相比,犧牲部分抖動(dòng)性能。時(shí)鐘緩沖器可以與XO 參考聯(lián)合分配多個(gè)相同頻率的時(shí)鐘,并且為多輸出時(shí)鐘樹實(shí)現(xiàn)最低抖動(dòng)。

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原文標(biāo)題:高性能時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文章出處:【微信號(hào):SiliconLabs,微信公眾號(hào):Silicon Labs】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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