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、攝相機、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、改善的串擾/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、需要額外元件如負載電容等。通過用OmniClock產(chǎn)生器替代晶體及機械式元件，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頻頻率調(diào)制，通過各種不同的擴頻配置可解決系統(tǒng)EMI峰值干擾問題。擴頻方面，設(shè)計人員可選擇擴頻類型如不擴頻、中心擴頻或下行擴頻，偏離百分比如中心擴頻以0.125%步幅的±0.125% 至±3%、或下行擴頻以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頻配置間進行權(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視頻類攝像機改善串擾/抖動

　　USB視頻類攝像機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)生及緩沖器進行系統(tǒng)設(shè)計，可改善串擾/抖動，提供更好的布局靈活性，并易于以具有優(yōu)勢的成本進行系統(tǒng)升級。

　　單個OmniClock器件配置為支持USB視頻類攝像機所需的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。其靈活性進一步支援制造進程，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視頻類攝像機所需的3個頻率時鐘

　　由于在網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(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%的百分比進行擴頻，幀速率仍然保持不變。

　　表2. OmniClock擴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載阻抗時為零。因而需要匹配阻抗以減少信號反射?？赏ㄟ^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)當盡可能薄和短。所有VDD引腳都應(yīng)當有去耦電容。

　　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準低，扇出的LVDS緩沖可用作擴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)，改善串擾/抖動，增強系統(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，可定制的擴頻配置還可用于對EMI敏感的應(yīng)用。