使用時(shí)鐘分配設(shè)備時(shí)或時(shí)鐘ADC和DAC的扇出緩沖器,需要處理信號(hào)衰減的兩個(gè)主要來源 - 印刷電路板(PCB)走線實(shí)現(xiàn)和輸出端接。
時(shí)鐘走線和信號(hào)擺幅
PCB走線的行為類似于低通濾波器,當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)沿走線行進(jìn)時(shí)會(huì)衰減,并隨著走線長度的增加而增加脈沖邊沿失真。較高頻率的時(shí)鐘信號(hào)會(huì)受到更大的衰減、失真和噪聲的影響,但為了改善抖動(dòng)(在低壓擺率下最差)(圖 1),通常使用具有高壓擺率的時(shí)鐘邊沿。要正確實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的時(shí)鐘,請(qǐng)使用高擺幅時(shí)鐘信號(hào)和短時(shí)鐘PCB走線;將要時(shí)鐘的設(shè)備放置在盡可能靠近時(shí)鐘分配設(shè)備的位置。
圖1.ADCLK925 均方根抖動(dòng)與輸入壓擺率的關(guān)系
兩種這樣的時(shí)鐘分配器件是ADCLK9542時(shí)鐘扇出緩沖器和ADCLK9143超快時(shí)鐘緩沖器。ADCLK954內(nèi)置12個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器,可將800 mV全擺幅ECL(發(fā)射極耦合邏輯)或LVPECL(低壓正ECL)信號(hào)驅(qū)動(dòng)至50 Ω負(fù)載,總差分輸出擺幅為1.6 V,如圖2所示。它以 4.8 GHz 的切換速率運(yùn)行。ADCLK914可以將1.9 V高壓差分信號(hào)(HVDS)驅(qū)動(dòng)至50 Ω負(fù)載,總差分輸出擺幅為3.8 V。ADCLK914具有7.5 GHz切換速率。
驅(qū)動(dòng)DAC時(shí),時(shí)鐘分配器件應(yīng)盡可能靠近DAC的時(shí)鐘輸入,以便所需的高壓擺率、高幅度時(shí)鐘信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致布線困難、產(chǎn)生EMI或因電介質(zhì)和其他損耗而降級(jí)。注意,特性阻抗(Z0) 的跟蹤將隨跟蹤維度(長度、寬度和深度)而變化;驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗必須與該特性阻抗相匹配。
圖2.采用3.3 V電源供電的ADCLK954時(shí)鐘緩沖器輸出波形。
輸出端接
時(shí)鐘信號(hào)衰減會(huì)導(dǎo)致抖動(dòng)增加,因此端接驅(qū)動(dòng)器輸出以避免信號(hào)反射并在相對(duì)較大的帶寬上最大化功率傳輸非常重要。實(shí)際上,反射可能會(huì)導(dǎo)致下沖和過沖,嚴(yán)重降低信號(hào)和整體時(shí)鐘性能,或者在極端情況下,可能會(huì)損壞接收器或驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)走線未正確端接時(shí),會(huì)發(fā)生由阻抗不匹配引起的反射。由于反射系數(shù)的高通特性,它們對(duì)于具有快速上升和下降時(shí)間的高速信號(hào)更為重要。反射脈沖疊加在主時(shí)鐘信號(hào)上,從而降低時(shí)鐘脈沖的性能。它還通過在上升沿和下降沿增加延時(shí)不確定性或抖動(dòng)(?t)來影響時(shí)鐘信號(hào)的邊沿,如圖3所示。
圖3.由于端接不當(dāng)導(dǎo)致反射信號(hào)的抖動(dòng)影響。
由于終止不當(dāng)而導(dǎo)致的回波大小隨時(shí)間變化,因此?t也會(huì)隨時(shí)間變化。終止時(shí)間常數(shù)也會(huì)影響回波脈沖的形狀和寬度。由于這些原因,這種額外的反射引起的抖動(dòng)形狀(看起來是高斯的)增加了經(jīng)典抖動(dòng)。為避免這種抖動(dòng)和時(shí)鐘質(zhì)量降低的不利影響,請(qǐng)使用適當(dāng)?shù)男盘?hào)端接,如表1所示。Z0是線路的阻抗;Z外是驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗;和Z在 是接收器的輸入阻抗。僅顯示了CMOS和PECL/LVPECL電路。
表 1.時(shí)鐘端接
方法 | 描述 | 強(qiáng)度 | 弱點(diǎn) | 評(píng)論 |
串聯(lián)端接 |
首席營銷系統(tǒng) |
實(shí)際上,緩沖器輸出端省略了電阻(R),因?yàn)殡娮瑁≧)在整個(gè)頻率上的動(dòng)態(tài)行為很難匹配阻抗。 |
低功耗解決方案(無接地灌電流)。 易于計(jì)算 R (Z0– Z外). |
上升/下降時(shí)間受電路R和C的影響,增加抖動(dòng)。 僅對(duì)低頻信號(hào)有用。 |
CMOS 驅(qū)動(dòng)程序。 不適用于高頻時(shí)鐘信號(hào)。 適用于低頻時(shí)鐘信號(hào)和非常短的走線。 |
下拉電阻 |
首席營銷系統(tǒng) |
非常簡單(R = Z0) |
高功耗。 |
不推薦。 |
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綠佩克利 |
簡單的 3 電阻解決方案。 在節(jié)能方面略好,同時(shí)與 4 電阻端接相比節(jié)省了一個(gè)元件。 |
推薦。 將終端電阻放置在盡可能靠近 PECL 接收器的位置。 |
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交流端接 |
首席營銷系統(tǒng) |
無直流功耗。 |
C應(yīng)小以避免高功耗,但不要太小以允許灌電流。 |
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綠佩克利 |
交流耦合允許偏置電壓調(diào)整。避免電路兩側(cè)之間的功率流動(dòng)。 |
交流耦合僅推薦用于平衡信號(hào)(50% 占空比時(shí)鐘)。 | 交流耦合電容器應(yīng)為低ESR、低電容。 | |
電阻橋 |
首席營銷系統(tǒng) |
合理的功率權(quán)衡。 |
單端時(shí)鐘使用兩部分。 |
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綠佩克利 |
使用四個(gè)外部器件用于差分輸出邏輯。 | 廣泛用于 3.3V LVPECL 驅(qū)動(dòng)器的端接。 |
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