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聊聊时钟缓冲器(Buffer)的几种典型应用

聊聊时钟缓冲器(Buffer)的几种典型应用

  (Buffer),基本功能可以分为时钟信号复制,时钟信号格式转换,时钟信号电平转换。下面我们针对这些功能介绍几种典型的应用场景。

  图1,INS6104A功能框图,从图中能够正常的看到1路时钟信号输入被分出4路相同的时钟信号输出,并能通过OE管脚控制信号输出与否。

  例如:在某一款PC控制主板上有CPU、CPLD、网络处理ASIC、时钟发生器等多颗芯片,都需要25MHz的参考时钟信号,可以选择的方案有:

  方案1:选择一个晶振同时为几个芯片提供参考,这种方案很大的弊端是时钟信号完整性问题。这种点到多点的连接无法做到阻抗匹配,信号反射会很严重,导致时钟信号沿的单调性、过冲振铃等问题,进而可能导致误触发,造成系统失步,因此多数应用都需要点对点的拓扑。

  方案2:选择4个晶振分别给4个芯片提供参考,这个方案的优势就是PCB布局走线更灵活方便,可以保证时钟信号的完整性。当然明显的劣势就是成本高,特别是对于参考频率指标要求高的场景,高性能的晶振本身成本就高,往往功耗也比较高,电源部分的处理会进一步增加方案成本。另外布局灵活的同时,也会占用更大的PCB板空间。

  方案3:一个晶振加上一个时钟缓冲器(Buffer)芯片,这也是最常用的方案。通过Buffer的频率复制功能,可以做到点到点的拓扑结构,很好的解决信号完整性问题,做到最佳性价比。

  除了时钟信号复制外,还有很多时钟Buffer同时具有时钟信号的格式转换功能,就是将一种格式的输入时钟信号转换成另外一种格式的输出。

  下图是两款具有这种功能的Buffer功能框图,输入可以选择3路中的任意一路,其中输入口0和1支持的信号格式可以是LVPECL、LVDS、HCSL、SSTL、LVCMOS、LVTTL中的任意一种,而OSC输入口则支持无源晶体输入。INS6110可以将任意一种类型的输入时钟信号转换为10路LVCMOS单端输出时钟信号,而INS6310则可以输出2 个Bank共计10路差分时钟和1路LVCMOS单端时钟。差分输出时钟类型能够最终靠OTYPEA【1:0】及OTYPB【1:0】分别单独配置,选择LVPECL、LVDS、HCSL或高阻状态。

  在数据中心、服务器、网络监控设备等应用中,很多芯片之间都通过PCIe接口通信,比如CPU、 PCIe交换芯片、PCIe扩展卡、Wifi 控制器、GE口等,都是通过PCIe口来传输高速数据,系统中需要多个HCSL格式的100M的参考时钟,而市场上没有直接出HCSL信号的晶振,这时可以用100M LVDS或LVPECL输出的晶振,通过Buffer转换为100M HCSL时钟信号格式来满足应用。

  在图5、图6中,大家可能已经注意到了它们都有VDD,VDDOA,VDDOB等多种电源,这里的VDD是核心电压,也是输入时钟信号的电压,而VDDOX则是输出信号电压,VDDOX电压可以不同于VDD,比如VDD是3.3V,而VDD可以再一次进行选择3.3V、2.5V、1.8V等多种电压输出,这就是时钟Buffer的第三种典型应用,即时钟信号的电平转换。在已有频率源和实际芯片要求的参考频率电平不一样时,能够最终靠时钟Buffer来实现时钟信号的电平转换。

  以上几个案例能够正常的看到:时钟缓冲器(Buffer)与晶体或晶振是密不可分的。单独的时钟Buffer本身无法产生频率源,它可以将晶体或晶振产生的时钟信号进行复制、格式转换及电平转换。在需要这些功能的应用场景,选择正真适合的时钟Buffer可以极大的优化系统时钟方案和性价比。

  大普通信在时频领域深耕近20年,专注于高稳时钟的研发,目前产品有Timing Server、Clock Module、OCXO、TCXO、SPXO、Crystal等系列,符合国际时钟等级标准GR-1244-Core 1~4级,性能指标处于行业领先水平。

  因为对时钟信号有深刻的理解,大普在Buffer设计上有先天优势,可以将时钟源和Buffer特性完美匹配,输出超低抖动的时钟信号。大普已推出多款单端和差分输出Buffer,目前还有更多的芯片在研发的路上,即将面市,多系列的高稳时钟和Buffer产品,及其它时钟芯片,可以为客户提供“一站式”的、最优匹配的解决方案。