Texas Instruments LMK04368-EP：超低噪聲時(shí)鐘抖動(dòng)清理器的深度解析

在電子工程領(lǐng)域，時(shí)鐘抖動(dòng)清理器對于確保系統(tǒng)的高精度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討Texas Instruments的LMK04368-EP，這是一款專為太空應(yīng)用設(shè)計(jì)的高性能時(shí)鐘調(diào)節(jié)器，支持JEDEC JESD204B/C標(biāo)準(zhǔn)。

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1. 產(chǎn)品特性

1.1 高性能指標(biāo)

• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -55°C 至 125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。
• 高輸出頻率：最大時(shí)鐘輸出頻率可達(dá) 3255 MHz，滿足高速應(yīng)用需求。
• 超低噪聲：在 2500 MHz 時(shí)，12 kHz 至 20 MHz 積分范圍內(nèi)的 RMS 抖動(dòng)低至 54 fs；在 3200 MHz 時(shí)，12 kHz 至 20 MHz 積分范圍內(nèi)的 RMS 抖動(dòng)為 61 fs。

1.2 靈活的工作模式

支持雙 PLL、單 PLL 和時(shí)鐘分配三種模式，可根據(jù)不同應(yīng)用場景進(jìn)行靈活配置。

1.3 豐富的輸出配置

• 多達(dá) 14 個(gè)差分設(shè)備時(shí)鐘輸出，支持 CML、LVPECL、LCPECL、HSDS、LVDS 和 2xLVCMOS 等多種可編程輸出格式。
• 1 個(gè)緩沖 VCXO/XO 輸出，同樣支持多種可編程格式。

1.4 高可靠性設(shè)計(jì)

• 受控基線，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
• 單一組裝/測試地點(diǎn)和單一制造地點(diǎn)，提高產(chǎn)品可追溯性。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

LMK04368-EP 的高性能特性使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：

• 軍事雷達(dá)：為雷達(dá)系統(tǒng)提供高精度時(shí)鐘信號，確保目標(biāo)探測和跟蹤的準(zhǔn)確性。
• 電子戰(zhàn)：在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘：為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提供低抖動(dòng)時(shí)鐘，提高數(shù)據(jù)采集和處理的精度。
• 無線基礎(chǔ)設(shè)施：支持無線通信系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

3. 詳細(xì)描述

3.1 時(shí)鐘輸入

CLKIN1 可作為雙環(huán)、單環(huán)或時(shí)鐘分配模式的參考時(shí)鐘，為設(shè)備配置提供了極大的靈活性。PLL1 有 CLKIN0、CLKIN1 和 CLKIN2 三個(gè)冗余輸入，可自動(dòng)或手動(dòng)切換。PLL2 在雙環(huán)配置中參考 OSCin，單 PLL2 環(huán)操作時(shí)也可使用 PLL1 的 CLKIN 輸入。在時(shí)鐘分配模式下，F(xiàn)IN0 或 FIN1 可作為參考信號輸入。

3.2 PLL 功能

• PLL1：實(shí)現(xiàn)低偏移抖動(dòng)清理，支持頻率保持模式，確保在參考時(shí)鐘丟失時(shí)輸出時(shí)鐘的穩(wěn)定性。
• PLL2：可使用內(nèi)部或外部 VCO，內(nèi)部有兩個(gè) VCO，頻率范圍分別為 2440 至 2600 MHz 和 2945 至 3255 MHz。

3.3 時(shí)鐘分配

共有 14 個(gè) PLL2 時(shí)鐘輸出和 1 個(gè) OSCout 輸出，所有輸出格式均可編程。時(shí)鐘分配通道支持時(shí)鐘分頻、高性能分頻旁路模式、SYSREF 時(shí)鐘分頻、設(shè)備時(shí)鐘延遲、動(dòng)態(tài)數(shù)字延遲、SYSREF 延遲和可編程輸出格式等功能。

3.4 0 - 延遲模式

支持級聯(lián) 0 - 延遲和嵌套 0 - 延遲兩種模式，可建立輸入時(shí)鐘和輸出時(shí)鐘之間的固定相位關(guān)系。

3.5 狀態(tài)引腳

CLKin_SEL0、CLKin_SEL1、Status_LD1 和 Status_LD2 等狀態(tài)引腳可用于監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)或作為輸入控制信號，可通過編程實(shí)現(xiàn)多種輸出功能。

4. 技術(shù)規(guī)格

4.1 絕對最大額定值

包括電源電壓、輸入電壓、差分輸入電流、結(jié)溫、存儲溫度等參數(shù)，使用時(shí)需確保不超過這些額定值，以避免設(shè)備損壞。

4.2 ESD 額定值

人體模型（HBM）下為 ±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）下為 ±250 V，操作時(shí)需注意靜電防護(hù)。

4.3 推薦工作條件

規(guī)定了 IO 電源電壓、核心電源電壓和環(huán)境溫度的推薦范圍，確保設(shè)備在最佳狀態(tài)下工作。

4.4 熱信息

提供了結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼（頂部）、結(jié)到電路板等熱阻參數(shù)，對于熱設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

4.5 電氣特性

包括電流消耗、CLKIN 規(guī)格、PLL 規(guī)格、內(nèi)部 VCO 規(guī)格、輸出時(shí)鐘偏斜和時(shí)序、輸出時(shí)鐘噪聲等詳細(xì)參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供了精確的參考。

4.6 時(shí)序要求

對寄存器編程的時(shí)序進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，確保編程的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

5. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

• 未使用引腳處理：對于未使用的引腳，可在軟件中關(guān)閉相應(yīng)功能，引腳可懸空或通過 1 kΩ 電阻接地。
• 數(shù)字鎖定檢測頻率精度：通過設(shè)置窗口大小和鎖定計(jì)數(shù)寄存器，可實(shí)現(xiàn) PLL 鎖定和保持退出事件的 ppm 頻率精度控制。
• CLKIN 和 OSCIN 輸入驅(qū)動(dòng)：可使用差分或單端源驅(qū)動(dòng) CLKIN 和 OSCIN 引腳，需根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)源選擇合適的輸入模式和電路配置。
• 時(shí)鐘輸出驅(qū)動(dòng)器的端接和使用：遵循傳輸線理論進(jìn)行阻抗匹配，為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供合適的負(fù)載，確保接收器偏置在最佳直流電壓。

5.2 典型應(yīng)用

以一個(gè)具體的設(shè)計(jì)為例，展示了如何使用 TICSPRO 和 PLLatinum? 仿真工具進(jìn)行設(shè)備選擇、配置和仿真，以及如何進(jìn)行頻率規(guī)劃和輸出格式選擇。

5.3 系統(tǒng)示例

給出了系統(tǒng)級的時(shí)鐘和電源電路示例，包括參考時(shí)鐘輸入、時(shí)鐘輸出、電源去耦和旁路等設(shè)計(jì)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了 PCB 設(shè)計(jì)對系統(tǒng)性能的影響。

5.4 電源供應(yīng)建議

電流消耗因輸出數(shù)量和輸出格式而異，可使用 TI TICSPro 軟件進(jìn)行計(jì)算。

5.5 布局設(shè)計(jì)

• 熱管理：確保芯片溫度不超過 125°C，可通過控制環(huán)境溫度和設(shè)備功耗來實(shí)現(xiàn)。
• 布局指南：將封裝外邊緣的 GND 引腳連接到 DAP，確保 DAP 良好接地，使用低損耗介電材料，隔離每個(gè)時(shí)鐘組的電源供應(yīng)。
• 布局示例：展示了頂層和底層的布局示例，包括差分布線、LVPECL 發(fā)射極電阻的放置等。

6. 設(shè)備與文檔支持

6.1 設(shè)備支持

提供了 Clock Tree Architect、PLLatinum Simulation 和 TICS Pro 等工具，幫助工程師進(jìn)行部件選擇、環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)、仿真和編程。

6.2 文檔支持

推薦參考 AN - 912 Common Data Transmission Parameters and their Definitions (SNLA036) 等相關(guān)文檔。

6.3 文檔更新通知

可在 ti.com 上訂閱設(shè)備產(chǎn)品文件夾的更新通知，獲取最新的產(chǎn)品信息。

6.4 支持資源

TI E2E? 支持論壇是獲取快速、準(zhǔn)確答案和設(shè)計(jì)幫助的重要渠道。

6.5 商標(biāo)說明

PLLatinum? 和 TI E2E? 是 Texas Instruments 的商標(biāo)。

6.6 靜電放電注意事項(xiàng)

操作時(shí)需采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施，避免 ESD 對設(shè)備造成損壞。

6.7 術(shù)語表

提供了相關(guān)術(shù)語、首字母縮寫詞和定義的解釋，幫助工程師更好地理解文檔內(nèi)容。

7. 機(jī)械、封裝和訂購信息

詳細(xì)介紹了產(chǎn)品的封裝信息，包括封裝類型、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、載體、RoHS 合規(guī)性、引腳涂層/球材料、MSL 評級/峰值回流溫度和部件標(biāo)記等，為訂購和使用提供了準(zhǔn)確的參考。

總的來說，LMK04368-EP 是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的時(shí)鐘抖動(dòng)清理器，適用于對時(shí)鐘精度和穩(wěn)定性要求極高的應(yīng)用場景。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)具體需求充分利用其豐富的特性和功能，同時(shí)遵循相關(guān)的技術(shù)規(guī)格和設(shè)計(jì)指南，確保系統(tǒng)的高性能和可靠性。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。