孩提时代我喜欢的超级英雄中有一个名叫Flash的红衣信使,他奔跑的速度惊人,竟能使时间停顿,他在不可思议的短时间内(像人的一次心跳,或者钟表上秒针的一次动作),就能完成许多不同的任务。
Stephan Ohr
尽管电子工业没这么神奇,但它也有自己的Flash版本。时钟和时序发生器就能“切”出更小电子状态片段来。做切片的时候它们就充当了的模拟和数字之间的真正接口。
我在上一期的栏目中解释了非常细密的时间片段和过采样如何用于较高分辨率的A/D转换。数字过采样倾向于削平这些信号的峰值和低谷,而不是强迫数据转换器以更高阶数响应快速变化的信号。因此,delta-sigma数据转换器只关心信号在给定时间段内是否上升和下降。如果你提高采样率到足够高,那么采样之间的幅度差异就几乎无法检测出了。
但真相却是接口部件如数据转换器、通信背板收发器和串行数据总线等都依赖于日益快速且精确的时钟。这不再是飞思卡尔、IDT或赛普拉斯半导体等数字系统设计公司的专长,而事实上它已渗透进模拟领域。
模拟设计公司如ADI、TI、Maxim甚至Micrel半导体,都在扩充他们的时钟发生器和时序电路产品系列。这些供应商正提高他们的供应,以期在大约有10亿美元市值的时钟发生器市场分得一杯羹,在被IDT收购以前,该市场一直被Integrated Circuit Systems(ICS)掌控。这些模拟设计公司在这一领域扩张的原因是整个数字系统推崇的精确波形控制已日益成为一种模拟属性。
ADI杀入时钟发生器领域实际上是步Lattice半导体的后尘。这些器件的功能非常类似:产生多个系统内时钟信号。它们的输出可编程,允许设计师对PCB表面引发的时序偏移和布线路径延迟进行补偿。
Lattice的ispClock5500可编程时钟发生器系列包含一个10输出器件(5510) 和一个20输出器件(5520)。用户能选择高达5个介于10MHz-320MHz的时钟频率,每个频率都带一个可编程偏移控制。ADI的时钟分配IC(AD951x家族)提供较少数目的输出(达8个),但采用一个6位(带64增量)来控制每一条线上由1到10纳秒的延迟设置。这些器件及其它制造商部件很适合应用于对接低电压正发射器耦合逻辑、LVDS和LVCMOS等。
而提供人心跳间隔内精确时序相关的抖动控制,则可达到几皮秒级(ADI部件为250飞秒)。
一旦你洞察到这点,你会在每一本数据手册上发现“低抖动”的字眼。例如Maxim的 MAX9492提供“6个低抖动输出”,其中之一是参考时钟的缓冲输出。其它5个输出独立可编程,以生成网络或存储线卡所需的所有时钟频率:133、125、83、66、62.5、50、33和25 MHz。输出到输出偏移额定为220ps,输出抖动控制据称小于10ps。
TI最近推出的CDCM7005据称是一个“时钟合成器及抖动清除器”,相位噪音小(在许多输出频率下为-138 dB以下)。该合成器包含一个内置的2.2GHz压控振荡器,面向2.5G/3G无线基站和其它数据通信应用及医疗图像和测试测量。从数据手册上可看到有关抖动的数据:它随频率可变。(由数据手册上显示的一个测试电路我们便可以洋洋洒洒编出一篇技术文章来。) 输出61.44 MHz脉冲的LVPECL线抖动大约为282fs,LVCMOS为230fs。
擅长开发低压降稳压器和功率管理器件的Micrel公司最近公布了一个时钟发生器SY89840U,能抑制过小脉冲。其推广材料称其面向企业服务器和非Sonet基联网中的交换架构。
Cypress半导体凭借广泛的时钟发生器和合成器产品组合提供能生成、缓冲或分配一个脉冲的时钟信号。如果你感兴趣,Cypress在上有一篇很好的辅导材料: "A Planet Analog Primer: A Clock For Every Timing Need"。文章ID编号为:163702482。
在大多数系统中,时钟发生器与通信线路没有接口,也不为系统CPU提供直接时序。(有乘法器和除法器电路将脉冲分割为更细脉冲。)因此,Maxim的时钟只需输出一个200MHz脉冲就可适合广泛应用。
Exar的多脉冲发生器XRK7933、XRK7955和XRK7988可输出高达400 MHz的频率。从ICS引入的快速时钟可以输出700MHz范围内的脉冲,这取决于接口情况。ADI的多输出部件在其LVDS线路输出800MHz,在其CMOS线路输出250MHz,尽管它们的输入为1.5GHz。德州仪器---本文提到的唯一用于RF的器件---CDCM7005的规范声称,该器件能输出高达1.5GHz的脉冲。
数字时钟到底是什么？记住,有些东西表面上很复杂,如奔腾处理器简直可以说是Rube Goldberg设计的精巧装置,由一个猴子上上下下压一个泵的把手来驱动整个系统。但是,想象一下,如果猴子每秒钟能压把手几十亿下,系统可以完成多少工作？
作者:Stephan Ohr 是EETimes Network的技术编辑兼网站主编
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