時鐘是電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵元素,，其性能對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的作用,。OmniClock，是安森美半導(dǎo)體推出的可高度定制的一次性可編程時鐘產(chǎn)生器系列,，其靈活性冠于市場上任何可編程時鐘器件,，可用于可穿戴、智能手機(jī),、攝相機(jī),、電子書、便攜式電子和物聯(lián)網(wǎng)等寬廣的應(yīng)用,，具有小尺寸,、低功耗、低成本,、改善的串?dāng)_/抖動性能等優(yōu)勢,。
OmniClock系列特性及設(shè)計優(yōu)勢
OmniClock系列支持從8 kHz到200 MHz的任意輸出頻率，有三個單端時鐘輸出（LVCMOS/LVTTL）,，兩者可以組合成一個差分輸出（LVPECL,、LVDS、HCSL / CML）,，令設(shè)計人員可替代多個晶體和/或振蕩器,，降低整體系統(tǒng)成本。如NB3H63143G,，可同時提供一個50 MHz,、125 MHz和48 MHz時鐘分別到CPU核、物理層和CPU核以實現(xiàn)最佳主時鐘(BMC)算法,，或同時提供一個單端50 MHz和一個差分156.25 MHz(LVPECL)時鐘到控制面板的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)和以太網(wǎng),；又如NB3V60113G，可提供一個25 MHz± 0.125 %的時鐘到固態(tài)硬盤(SSD)模塊的CPU核,，或提供一個27 MHz± 0.5%的時鐘到CMOS傳感器的MCLK主時鐘,。
OE：輸出使能
VDDO：輸出電壓
表1. 安森美半導(dǎo)體的全系列OmniClock產(chǎn)生器
1．提供可高度定制的靈活性
OmniClock是具有編程軟件Clock Cruiser的全定制器件,，可配置的參數(shù)包括輸出頻率、輸出類型,、驅(qū)動電流,、輸出引腳、內(nèi)部負(fù)載電容,、電源電壓,、輸出電壓、參考輸入,、控制引腳,、鎖相環(huán)(PLL)旁路特性及擴(kuò)頻配置等等，在系統(tǒng)測試過程中,，在器件配置間可快速切換， 架構(gòu)最佳的性能方案,。此外,，設(shè)計人員可存儲達(dá)4個獨立的配置到一次性可編程內(nèi)存(OTPM)，便于在輸出要求相似時可直接啟用配置,，縮減開發(fā)時間和減低庫存,。
2．提升系統(tǒng)可靠性
利用晶體來產(chǎn)生時鐘信號，可能會出現(xiàn)一系列問題,，如線路板布板和布線,、溫度和電壓、啟動時間長,、需要額外元件如負(fù)載電容等,。通過用OmniClock產(chǎn)生器替代晶體及機(jī)械式元件，可減少系統(tǒng)各種故障,，提升系統(tǒng)可靠性,。
3．降低系統(tǒng)EMI (電磁干擾) 峰值
電路板上元件之間的布線可能產(chǎn)生潛在的噪聲和EMI， OmniClock內(nèi)部PLL提供完全可編程的擴(kuò)頻頻率調(diào)制,，通過各種不同的擴(kuò)頻配置可解決系統(tǒng)EMI峰值干擾問題,。擴(kuò)頻方面，設(shè)計人員可選擇擴(kuò)頻類型如不擴(kuò)頻,、中心擴(kuò)頻或下行擴(kuò)頻,，偏離百分比如中心擴(kuò)頻以0.125%步幅的±0.125% 至±3%、或下行擴(kuò)頻以0.25%步幅的-0.25%至-4%,，頻率調(diào)制可選30KHz 至130KHz之間的任意值,。擴(kuò)頻調(diào)制基于PLL的輸出，工作于PLL旁路模式的將不受影響,。這需要在輸入時鐘頻率和所需的擴(kuò)頻配置間進(jìn)行權(quán)衡,。
4．節(jié)省空間,，降低成本
由于OmniClock省去晶體及晶體振蕩器、負(fù)載電容,，節(jié)省占板空間,，從而簡化物料單，降低復(fù)雜度和系統(tǒng)成本,，加之采用非常小的QFN-16和DFN-8封裝,，體積非常小，滿足可用空間極小的應(yīng)用需求,。
5．低功耗
低功耗是OmniClock系列的一個關(guān)鍵優(yōu)勢,，可延長終端產(chǎn)品如便攜式消費設(shè)備的電池使用時間。
OmniClock用于USB視頻類攝像機(jī)改善串?dāng)_/抖動
USB視頻類攝像機(jī)通常需要多個參考時鐘用于圖像傳感器,、圖像協(xié)處理器及USB控制器模塊運行于不同頻率,，利用時鐘產(chǎn)生及緩沖器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，可改善串?dāng)_/抖動,，提供更好的布局靈活性,，并易于以具有優(yōu)勢的成本進(jìn)行系統(tǒng)升級。
單個OmniClock器件配置為支持USB視頻類攝像機(jī)所需的3個頻率：提供一個19.2 MHz時鐘到AR1820HS 1800萬像素圖像傳感器,，一個48 MHz時鐘到AP1302圖像協(xié)處理器,，和一個19.2 MHz時鐘到一個USB控制器，替代晶體和晶體振蕩器,?？啥ㄖ频念l譜配置令該系列器件適用于對EMI敏感的應(yīng)用而不犧牲成像性能。其靈活性進(jìn)一步支援制造進(jìn)程,，能通過編程軟件驗證動態(tài)口令(OTP)參數(shù),，而其小封裝設(shè)計降低電路板復(fù)雜度和成本。
圖1. OmniClock提供USB視頻類攝像機(jī)所需的3個頻率時鐘
由于在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中采用較長的扁平電纜,，像素時鐘會產(chǎn)生EMI諧波峰值,。OmniClock擴(kuò)頻配置可解決應(yīng)用敏感的EMI峰值問題，不降低成像性能,，無需修改硬件,。以NB3V60113G為例，如表2所示,，對于配置分別為全分辨率,、16M16fps、4k30fps,、1080p120fps的圖像傳感器,，晶體振蕩器幀速率分別為14.4 fps、15.8 fps,、28.8 fps,、115.2 fps,，NB3V60113G采用0%至+/- 3%的百分比進(jìn)行擴(kuò)頻，幀速率仍然保持不變,。
表2. OmniClock擴(kuò)頻配置不降低成像性能
設(shè)計注意事項
為有好的時鐘信號完整性以盡量減小數(shù)據(jù)誤差,，有必要減少信號反射。反射系數(shù)只有在源阻抗等于負(fù)載阻抗時為零,。因而需要匹配阻抗以減少信號反射,。可通過在輸出引腳附近增添一個串聯(lián)電阻來最大限度地減小阻抗差異,。
為使器件不受到系統(tǒng)電源噪聲的影響,，需貼裝一個0.1 uF和一個2.2 uF的去耦電容到線路板，且盡可能離VDD引腳近,。到VDD引腳的線路板走線和接地通孔應(yīng)當(dāng)盡可能薄和短,。所有VDD引腳都應(yīng)當(dāng)有去耦電容。
差分信號如LVDS具有共模噪聲抑制和低噪聲的固有優(yōu)勢,，支持快速開關(guān)速度,，且功耗較其它差分信號標(biāo)準(zhǔn)低，扇出的LVDS緩沖可用作擴(kuò)展以提供時鐘信號到多個LVDS接收器,，驅(qū)動多個點對點鏈接到接收節(jié)點。
總結(jié)
OmniClock系列為當(dāng)前市場上任何可編程的時鐘器件提供最多的功能和靈活性,，該系列器件接受一系列晶體或參考時鐘輸入頻率以產(chǎn)生一路差分輸出(LVPECL, LVDS, HCSL, CML) 加一路單端,，或以用戶定義的頻率達(dá)三路單端LVCMOS輸出，支持從8 KHz到200 MHz的任意輸出頻率,，替代晶體和/或振蕩器,，節(jié)省占板面積，降低整體系統(tǒng)成本,，超越完全采用分立晶體的系統(tǒng),，改善串?dāng)_/抖動，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性,，同時大大簡化電路板設(shè)計,，并使客戶能滿足他們系統(tǒng)低功耗的要求，比晶體縮短交期,，可定制的擴(kuò)頻配置還可用于對EMI敏感的應(yīng)用,。