當今時代速度就代表效率,無論是人還是機器,每天要處理的數(shù)據(jù)和信息越來越多,沒有高效的效率,根本完成不了工作所需,信號傳送/接收,數(shù)據(jù),信息分隔不開,那么是什么在支撐著信號的接收與發(fā)送呢?在相關的設備和工具里,都可以找到多顆石英晶體振蕩器,它主要的作用就是通過自身的特有的壓電效應,頻率振蕩,通電后接連其他元件啟動,讓產(chǎn)品各個系統(tǒng)工作.

在高速應用中,信號在過渡區(qū)域中移動得越快,產(chǎn)生的抖動就越少,為當今的高速數(shù)字電子設備設計時鐘生成和分配系統(tǒng)給設計界帶來了許多挑戰(zhàn).在較高速度下,傳輸線及其組件的行為與較低速度下的行為不同,如果沒有正確指定和配置,則會產(chǎn)生抖動,噪聲,反射和串擾等信號完整性問題.因此,當設計人員接近將具有高速數(shù)字應用的項目時,他們必須考慮在低速應用中不必要的各種信號完整性規(guī)定.

規(guī)劃高速數(shù)字項目的主要挑戰(zhàn)包括:

最大限度地減少定時抖動.對于高速,高頻電子設備來說,有源晶振具有低定時抖動至關重要.較差的抖動特性不僅會影響數(shù)據(jù)錯誤,還會導致使用此源作為參考的鎖相環(huán)失敗.如果要將源用作顯示時鐘參考,則結果將是模糊的顯示.通常,信號在過渡區(qū)域中移動得越快,產(chǎn)生的系統(tǒng)抖動就越小(見圖1).

減少排放.在高速應用中,產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的可能性顯著增加.隨著數(shù)字速度的提高,有關EMI降噪的FCC規(guī)范變得越來越嚴格.設計人員需要解決諸如傳輸線,差分晶振信號,信號幅度和諧波含量等特性,以便最大化傳遞給負載的能量,從而減少能量發(fā)射量.確保穩(wěn)定.通常,您設計的電子系統(tǒng)的指定工作頻率越高,時鐘穩(wěn)定性就越關鍵.不穩(wěn)定的時鐘性能可能導致數(shù)字系統(tǒng)中的誤碼率,錯誤數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)丟失,這些都是局域或廣域系統(tǒng).

傳輸線阻抗匹配.必須測量整個傳輸線的阻抗和長度,并與每個終端匹配.如果忽略阻抗匹配,則可能發(fā)生發(fā)射,串擾和反射.電源考慮因素.這里的主要考慮是確保時鐘無噪音.對于當今更高速的系統(tǒng),低電源消耗要求也在增加.

一種有效的方法論

在高速應用中實現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能的關鍵始于一種有效的時鐘生成和分配設計方法.簡而言之,設計人員應采用一種方法,將各種時鐘生成和分配組件作為一個完整的解決方案,而不是單個部件.應在項目開始時仔細注意選擇適當?shù)牟考碗娐贩峙浞椒?/span>,同時牢記各部件之間的相互關系.此外,重要的是在設計進行時考慮操作頻率下所有有源晶振和無源晶振的特性阻抗.

正確選擇以下時鐘生成和分配組件至關重要(參見圖2):

1.晶體振蕩器及其輸出邏輯

2.時鐘驅動程序,在某些情況下將包含啟用功能

3.5V或3V電源的CMOS轉換器

4.傳輸線(雙絞線,同軸電纜,PCB走線)

時鐘生成和分配組件注意事項

1.貼片振蕩器和邏輯選擇選擇合適的晶體振蕩器在高速應用中至關重要,因為它將為整個時鐘分配系統(tǒng)提供時鐘參考.

2.交流性能隨電壓,溫度和頻率保持不變可以實現(xiàn)相對于電源電壓的電平,閾值和噪聲容限的小于1mV/V的殘余靈敏度.對于結溫,殘余靈敏度小于0.1mV/C實現(xiàn)了相同的參數(shù).

晶體振蕩器質量

除了確保波形中的低抖動外,設計人員還應確保振蕩器本身的抖動最小化.這是通過選擇包含非常高Q晶體的振蕩器來實現(xiàn)的.此外,石英晶體應調(diào)諧到振蕩器電路以供振蕩器制造商優(yōu)化.在嚴格晶體振蕩器應用中使用PLL合成器通常需要±20ppm的頻率穩(wěn)定性,小于600皮秒的快速上升和下降時間,低特性抖動以及正發(fā)射極耦合邏輯(PECL)差分輸出.頻率穩(wěn)定性將提供可靠的系統(tǒng)參考,而波形的快速上升和下降時間將導致低系統(tǒng)抖動.(雖然快速上升和下降時間使轉換飽和可能會引入不必要的噪聲,但這種噪聲將通過使用差分信號來抵消.)

邏輯選擇:PECL優(yōu)勢

在高速應用中,使用PECL邏輯輸出提供了超過CMOS邏輯輸出技術的關鍵優(yōu)勢.與CMOS技術不同,PECL技術具有差分輸出,這對減少排放至關重要.然而,與CMOS一樣,PECL從正電源(而不是為ECL邏輯技術供電的負電源電壓)獲得其工作功率,從而在負載點實現(xiàn)與CMOS邏輯接口的必要兼容性.

此外,PECL技術允許電壓補償,以進一步抑制正電壓源上的噪聲.所有現(xiàn)代PECL貼片晶體振蕩器均包含片內(nèi)帶隙調(diào)節(jié)器,可針對電源電壓以及結溫和環(huán)境溫度的變化提供噪聲容限的電壓補償.由于PECL電路由通過轉向邏輯切換到負載電阻的電源調(diào)節(jié)電流源組成,因此設計人員可以通過兩種方式獲益:

1)供電電流隨工作頻率保持不變.

2)應避免振蕩器設計,因為抖動是由鎖相環(huán)中的噪聲產(chǎn)生的.

其他振蕩器注意事項

在PECL系統(tǒng)中,所有振蕩器電路都應使電源在振蕩器處良好地去耦.PECL器件需要積極地解決此問題,因為PECL僅參考電源的最正面.因此,對于PECL,Vcc需要盡可能無噪聲.由于振蕩器特性確實隨負載阻抗和負載偏置電壓而變化,因此必須指定所使用的實際負載并將其傳達給振蕩器供應商.所選振蕩器應具有至少45％最小值和55％最大值的緊密對稱性,并應產(chǎn)生可重復的波形以確保信號一致性.實現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能的有效方法將各種時鐘生成和分配組件作為完整的解決方案.應在項目開始時仔細選擇適當?shù)慕M件,并牢記組件之間的相互關系.