TI时钟产品在工业领域系统应用和设计技巧-上篇

我这边就很快把时钟设计的一个 给大家做一个介绍 有谁是在用的时候 系统设计会用到这个时钟的 时钟高压器 有谁在板上我們在做设计的时候是有用到那个晶体晶振 都有 是吧 其实说這个晶体和晶振跟时钟的概念就是你板子上有三个晶体 你是独立的 一个晶体25兆 50兆这样的给一个参考时钟出来 那我的时钟 就是说我把它集中在一起 我一个时钟我可以打出25到50兆 100兆的参考时钟 MCU CPU的方案各种芯片 所以它 是这个概念 很多人觉得时钟 我板子上我从来没用过时钟这个时钟有什么用 可能也用不到这么复杂原来我设计的时候很好 我板上我用晶体的 我这边MCU方面 我换25兆 50兆 我的那个CPU里面 我的PCI 我直接换成一百兆 挺好的 我哪里需要我就放哪里 布局用线也很简单我用了一个實物之后 你一个东西拿出五个十个出来我布局布线都不知道往哪放 然后说我的板子这边我器件很分散 我要拉到那个 从左边搭到右边 中间经过很多的线路我的layout 我的PCB阻线 会不会受到干扰整个信号输出的质量怎样 这些都是我们关注的问题 很多人就是说你不要给我接这个时钟了 这东西太复杂 我认为我的这个晶体晶振很好又便宜又简单 是吧 而且我前面不适用 我没有必要用一件时钟把我摆上那个晶体晶振 这是一个非常关键的概念 就是说 我们如果可以看一下整个产品 就是说 从PC时代开始做的差不多90年代那时候PC开始兴起 英特儿 它所有的价格当中 它的PC Server全部是晶体 它最右边也是放的晶体 有些如果说是要高速的信号比较高的 它会放元晶片 那元晶片一个其实也不便宜 人民币也要卖到可能要到七块钱看你的频率高低 那个更便宜 那个几毛钱几毛钱人民币就搞定 所以在板上就是说你去看你板上还有很多这样的 你可能有三个五个不等 那英特尔刚开始做PC的时候它也是 后来才发现频率 一个是频率 晶体在选择的时候 还有说我放十个不同频率的 最最关键的是 日本不是经常地震嘛台湾也有地震 一地震就说 那你不就傻掉了 它是非常低的 它要切一个 切一个300多兆的晶体出来的话它的量米是非常大的 基本上是30%不到所以它成本非常高 交错期也很长它因为是很薄的切片 一旦说在做震动有些工业产品震动的时候 它是比较容易使的不是说一震就坏了 这一震就坏别人敢用嘛 它是有概率 比较高的概率失效 所以在这时候英特尔来说我要一个时钟晶片 去代替我板上的所有晶体晶振 这个在2000年左右 全面5000万 全部迁到时钟晶体 那它的那个PC仪器我们以前自己做DIY 做那个开机 就是自己装机嘛 你去看一下它上面 它就是时钟那面 拿到PC到市场上一查那它上面有设计图纸的时候 它那板上 从PC上面从多层板 六层板做到四层上 甚至有些做两层板 它都可以做成功 所以这段时间 我们说它已经经过了 我们刚才 我提到了可能大家没有 讲出来 但是我一讲的话心里都有这个疑问 再看到第二个电信设备 华为 中兴爱立信 还有诺基亚 这些 它们在做无线计算比如说是 数据通讯这一块 差不多也是从2000年开始 之前也是用了晶体和晶振 因为在通信上面晶体晶振非常大 一个滚压镇压器的话大概要三到五个美金 如果是恒温晶振 TCSO的话可能要卖到十个美金 那个东西是相当相当贵的 那这个时候它们是 除了我们刚才提到那些问题 它的Cost 这个成本比较高 所以它提出来要搞时钟 从那时候开始它慢慢通信设备 全部签的是时钟 现在到处看一看 很少很少除了一些 要求特别高 它会创造一些经济 基本上都是时钟 所以说是 从PC到通讯设备到现在一些工业设备上面 都会使用时钟 所以的话 我花时间讲说 时钟可能我们之前没有想过这些 那在概念上其实从原理上 概念上和应用上 时钟 如果你板上有三五个 就三个以上的晶体的话 晶体晶振 你是可以考虑用这个时钟安装器 去替代板上的这些晶振 那我们回到今天这个话题看一下 下面这个Slice 时钟这些应用 整个TI的一个介绍 关于时钟方面的一个介绍我们在工业系统中设计 要考虑的一些问题 最后还有就是说 我们可以提供一个非常简单的 在我们官网上面 WEBENCH 一个非常简单的时钟合作系统法则通讯 所以整个刚才我们提到的这些 从电仪 工业这些都是我们看的工业系统 电仪 调谐然后这个电梯 视频监控 广电系统 测试仪器直播器 再到我们的这个医疗 方面的一些设备 都有采用时钟 这个的话 是一个我们 说板上没有时钟刚才我有问大家晶体晶振有没有 板上你有CPU 有按门中心 有DSP 旁边一定有一个晶体或者晶振 有一些高速的USB 这些东西 接口 芯片旁边没有安装时钟的晶体晶振 还有一些高速接通器PCI以上的方案 旁边这些也有 所以你看一下这个板上你数一下 旁边挂一个同行 都可以的 考虑采用这样的一个时钟晶片把它给替代上 然后同一个图 这边是参考时钟那时钟的话就是说 有一些简单的概念性的东西 它这边分成两个就是 一个是时率 一个是频率这边就说噪音频点 时钟有个非常关键的词称为抖动 如果从时率上面去看的话 它会有一个左右Cycle就说相应的两个东西之间 因为时钟是个参考源 如果它本身自己不准信号比较差的话 会导致通讯的质量会非常差 甚至说在高速的情况上面 看到的眼图 你锁定信号你通讯接收不了信号 所以参考时钟这个对我们晶体晶振 可能 我不知道就是说你们有没有关注 晶体晶振上面也有这种 它最关键的一个是精准率 PTM 多少个PTM50个PTM还是100个PTM 这是我们系统当中比较常用 精准度 还有一个就是机能 实际上这个是周期Cycle系统 CC系统 那到频率上面去看的话 就是说我们的这个噪声非常小 降位 一个是周期 一个是降位都是一样的东西 那我们来看整个时钟的Jitter说到这个Jitter值 要深入去研究 它也有很多讲法 有不同的东西 又是随机抖动 又是什么周期固定的 然后什么 那这些的话 这是一个Jitter那这边的话就是说 整个的一个测试说我去量测去抓这个 时钟信号 整个量测下来还有 一些参考的分析 给大家做一个参考 看一下 那有一个比较关键的 一个东西就是说我们在如果时间 比较高速的工作数据通讯采集的 他一定要量测Jitter 所以的话 就是说 有一些参数 它的那个Jitter的话那个RJ至少要小于一 当然这个是在要求比较高的 频率比较高 100兆以上 或者说是整个系统 要求是一个比较高精度的数据统计 这些计算的方法我们就不看了 那为什么说采用PLL 这些都是我们要考虑 设计当中要考虑的一些东西 我可能不见得是说我要求这个时钟要怎样 但是说这是我们整个系统的 定义上我要达到一个通讯 其实你从这个去反算回来就是说 我的通讯的时钟速率频率是多少退一步来说 我要达到这个标准之后我可以倒推过来 我要求这个时钟有什么样 达到什么样的规范 这些就是我们 平时做的器件选择 从系统当中的 再到器件这样的话我们就知道 这个器件选用什么样的东西 有可能说 我们在平时的设计当中说 这是非常要求 或者说我其实 没什么太多的关注 那可能是说一个是系统当中对这个要求真的不高 还有一个是 也是别人前面 别人的设计或者一直都这么做 都没什么问题 但如果你深入去看的话就是说这些参数要考虑 刚才我说的这个PTM精准度 你的噪声 或者说你的Jitter这个是频率的base噪音 一个整个的稳定性 温飘 这个就是说要像刚才一样 这个Drift 这就是一个温飘的特性 所以它也是全国范围内各种电压组合大概去量测