探索 RENESAS RC38208/RC38108：超低相位噪聲時鐘利器

在當今高速發(fā)展的電子領(lǐng)域，對于時鐘信號的穩(wěn)定性和低噪聲要求越來越高，特別是在 4G、5G 通信以及高速串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用場景中。RENESAS 的 RC38208/RC38108 時鐘發(fā)生器和抖動衰減器，憑借其卓越的性能，成為了眾多工程師的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：Renesas Electronics RC38x08 FemtoClock?3無線抖動衰減器.pdf

產(chǎn)品概述

RC38208/RC38108 是一款超低相位噪聲的抖動衰減器、多頻率時鐘合成器以及數(shù)字控制振蕩器（DCO）。它具有高度的靈活性和低功耗特性，能夠為 4G 和 5G RF 收發(fā)器輸出超低帶內(nèi)相位噪聲和雜散的時鐘信號，同時為 112Gbps 和 224Gbps SerDes 提供抖動低于 25fs - rms 的時鐘。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

LVCMOS 應(yīng)用

其輸出頻率范圍為 DC 到 250MHz，可用于光學(xué)前端 DAC/ADC 和 DSP 的定時、112Gbps 和 224Gbps SerDes 的參考時鐘、5G 分布式單元（DU）、交換機和路由器，以及基于精密時間協(xié)議（PTP）時鐘的高性能 DCO。

強大特性一覽

超低相位噪聲合成器

抖動低于 25fs RMS（12kHz 到 20MHz，4MHz HPF），能夠滿足對時鐘信號質(zhì)量要求極高的應(yīng)用。

多獨立域設(shè)計

具備兩個獨立的低相位噪聲同步域和四個獨立的低相位噪聲頻率域，提供了更高的靈活性和穩(wěn)定性。

接口支持

支持 JESD204B/C 標準，方便與其他設(shè)備進行接口連接。

時間同步功能

擁有時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）、日時間（TOD）計數(shù)器和 PTP 時鐘的時間同步模塊，確保精確的時間同步。

豐富的時鐘輸出

8 個時鐘輸出，帶有獨立的整數(shù)分頻器，其中 6 個可配置為 LVDS、HCSL（AC - LVPECL）或 CML，2 個可配置為 LVDS、HCSL（AC - LVPECL）或 LVCMOS。

詳細規(guī)格剖析

引腳信息

從引腳分配來看，該產(chǎn)品的引腳布局合理，涵蓋了電源、時鐘輸入、時鐘輸出等多種類型的引腳。例如，VDD_VCO 為 VCO 提供 1.8V 電源，不同的輸出引腳如 OUT1、OUT2 等可根據(jù)需求配置為不同的輸出類型。在輸入特性方面，輸入電容、上拉電阻和下拉電阻等參數(shù)都有明確的規(guī)定，這對于設(shè)計時的信號完整性至關(guān)重要。

絕對最大額定值

明確了電源電壓、輸入電壓、輸入電流、輸出電流等參數(shù)的最大允許值，在使用過程中必須嚴格遵守這些限制，以確保設(shè)備的安全運行。

推薦工作條件

包括最大結(jié)溫、環(huán)境工作溫度、電源電壓等條件，滿足這些條件才能保證設(shè)備的性能和可靠性。

熱規(guī)格

給出了不同情況下的熱阻參數(shù)，如結(jié)到外殼、結(jié)到基座、結(jié)到空氣等，這對于散熱設(shè)計非常重要。

相位抖動和噪聲

APLL、FOD、TOD 和合成相位抖動等參數(shù)都有詳細的測試數(shù)據(jù)，同時 APLL 相位噪聲也有明確的指標，這些數(shù)據(jù)是評估產(chǎn)品性能的關(guān)鍵依據(jù)。

電源噪聲抑制

通過電源抑制比（PSNR）參數(shù)，展示了產(chǎn)品對電源噪聲的抑制能力，這對于在復(fù)雜電源環(huán)境下的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。

晶體振蕩器輸入和 APLL 特性

規(guī)定了晶體振蕩器輸入的頻率范圍、偏置點、電壓擺幅等參數(shù)，以及 APLL 的工作頻率和頻率容差等，這些參數(shù)對于選擇合適的晶體和外部振蕩器至關(guān)重要。

時鐘輸入和輸出特性

包括時鐘輸入的差分輸入峰值 - 峰值電壓、共模電壓、輸入頻率等，以及輸出頻率、啟動時間、相位和頻率不確定性、輸出到輸出偏斜和輸入到輸出延遲等特性，這些特性直接影響到時鐘信號的輸出質(zhì)量。

電源電流

詳細列出了不同電源引腳的電流消耗情況，這對于功耗設(shè)計和電源管理非常有幫助。

通信接口特性

I2C 總線和 SPI 總線的時序和電氣特性都有明確的規(guī)定，這對于與其他設(shè)備進行通信和控制非常重要。

功能描述深入解讀

設(shè)備頻率參考

產(chǎn)品需要一個滿足特定相位噪聲、頻率精度和穩(wěn)定性要求的頻率參考。可以使用外部晶體諧振器或外部振蕩器來實現(xiàn)，不同的實現(xiàn)方式有不同的頻率范圍要求。選擇合適的頻率參考對于產(chǎn)品的性能至關(guān)重要，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求進行選擇。

模擬 PLL

內(nèi)部 APLL 帶寬約為 1MHz，能夠鎖定頻率參考并合成特定頻率范圍的超低相位噪聲時鐘。它繼承了頻率參考的頻率精度，決定了設(shè)備的自由運行頻率精度。

整數(shù)和分數(shù)輸出分頻器

整數(shù)輸出分頻器（IOD）將輸入時鐘按可編程的 23 位整數(shù)值進行分頻，分數(shù)輸出分頻器（FOD）則可以實現(xiàn)整數(shù)、有理數(shù)和分數(shù)分頻，具有 1 萬億分之一的頻率分辨率。FOD 還可以作為 DCO 工作，抵消 APLL 的數(shù)字頻率調(diào)整。

分頻器同步

對于每個 DPLL，反饋分頻器與所選的 IOD 同步，確保時鐘信號的同步性。通過具體的例子可以更好地理解這種同步機制的工作原理。

數(shù)字 PLL

DPLL 可以選擇多個時鐘輸入作為參考，支持 1kHz 到 33MHz 的參考頻率，并且可以通過組合總線控制合成器。它有自由運行、獲取、正常、保持和無縫切換五種工作狀態(tài)，每種狀態(tài)都有其特定的工作方式和應(yīng)用場景。

參考切換

DPLL 的參考切換可以通過強制選擇或自動選擇來實現(xiàn)，包括無縫參考切換和對齊參考切換兩種方式。無縫參考切換可以忽略新參考和反饋時鐘之間的相位差，而對齊參考切換則可以確保輸出時鐘與參考時鐘的相位關(guān)系。

參考監(jiān)控

可以持續(xù)監(jiān)控參考信號的丟失和頻率偏移，這對于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要。

SYSREF

產(chǎn)品包含 SYSREF 控制器，可以在任何 OUT[10:1] 上輸出 SYSREF 信號，并且可以通過 GPIO 或寄存器進行控制。

時間同步

時間同步模塊可以實現(xiàn)與外部信號和設(shè)備的相位和時間對齊，包括 TOD 和合成模塊、TDC 等部分，TDC 的精度優(yōu)于 100ps。

狀態(tài)和控制

通過 I2C 或 SPI 接口可以訪問控制和狀態(tài)寄存器，并且可以從內(nèi)部一次性可編程（OTP）內(nèi)存或外部 EEPROM 加載配置。

應(yīng)用信息實用指南

電源考慮

雖然沒有電源供應(yīng)順序要求，但在某些情況下需要進行軟復(fù)位或主復(fù)位以確保輸出分頻器同步?？梢允褂?Renesas IC 工具箱（RICBox）軟件工具進行功率和電流消耗計算。

上電復(fù)位和復(fù)位控制器

上電后，內(nèi)部上電復(fù)位（POR）信號在特定條件下被觸發(fā)，通過 nMR 引腳可以控制主復(fù)位序列的啟動。在復(fù)位過程中，時鐘輸出的狀態(tài)會根據(jù)配置發(fā)生變化，并且可以通過寄存器和 GPIO 來指示設(shè)備的狀態(tài)。

未使用引腳建議

對于未使用的 CLKIN/nCLKIN 引腳、LVCMOS 控制引腳、LVCMOS 輸出引腳和差分輸出引腳，都有相應(yīng)的處理建議，以避免噪聲和干擾。

晶體接口過驅(qū)動

當對晶體接口進行過驅(qū)動時，需要注意 XOUT 引腳的處理和 XIN 輸入的電壓擺幅、壓擺率等參數(shù)，同時給出了具體的電路示例。

差分輸出端接

可編程差分時鐘輸出支持 LVDS、HCSL 和 CML 等多種類型，對于不同類型的接收器，可以采用直接耦合或交流耦合的端接方式，并且給出了相應(yīng)的端接電路示例。

訂購信息與注意事項

訂購信息

提供了不同型號的訂購信息，包括封裝描述、載體類型和溫度范圍等。在選擇型號時，需要根據(jù) VCO 頻率范圍和預(yù)編程配置代碼等因素進行選擇。

注意事項

Renesas 對提供的技術(shù)規(guī)格、設(shè)計資源等進行了免責(zé)聲明，開發(fā)者需要自行負責(zé)產(chǎn)品選擇、應(yīng)用設(shè)計和測試等工作，并且要確保應(yīng)用符合相關(guān)標準和要求。

總的來說，RENESAS 的 RC38208/RC38108 是一款性能卓越、功能豐富的時鐘發(fā)生器和抖動衰減器。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，仔細研究其規(guī)格和功能，合理進行引腳配置、電源設(shè)計、時鐘信號處理和通信接口設(shè)計等工作，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢，實現(xiàn)高性能的時鐘解決方案。你在使用類似產(chǎn)品時遇到過哪些問題呢？或者對于這款產(chǎn)品的應(yīng)用還有哪些疑問？歡迎在評論區(qū)留言討論。