高速转换器时钟分配器件的端接
使用时钟分配器件1或者扇出缓冲器为ADC和DAC提供时钟时,需要考虑印刷电路板上的走线和输出端接,这是信号衰减的两个主要来源。
时钟走线与信号摆幅
PCB上的走线类似于低通滤波器,当时钟信号沿着走线传输时,会造成时钟信号衰减,并且脉冲沿的失真随线长增加。更高的时钟信号频率 会导致衰减、失真和噪声增加,但不会增加抖动,在低压摆率时抖动最大(图1),一般使用高压摆率的时钟沿。为了实现高质量的时钟,要使用高摆幅时钟信号和 短时钟PCB走线;由时钟驱动的器件应该尽可能靠近时钟分配器件放置。
图1. ADCLK925的均方根抖动与输入压摆率的关系
ADCLK954时钟扇出缓冲器和ADCLK914超 快时钟缓冲器就是两款此类时钟分配器件。ADCLK954包括12个输出驱动,可以在50-?的负载上驱动全摆幅为800-mV 的ECL(发射极耦合逻辑)或者LVPECL(低压正ECL)信号,形成1.6 V的总差分输出摆幅,如图2所示。它可以在4.8 GHz反转率下工作。ADCLK914可以在50?负载上驱动1.9 V高压差分信号(HVDS),形成3.8 V的总差分输出摆幅。ADCLK914具有7.5-GHz的反转率。
当驱动DAC时,时钟分配器件应该尽可能靠近DAC的时钟输入放置,这样,所需的高压摆率、高幅度时钟信号 才不会引起布线困难、产生EMI或由电介质和其它损耗造成减弱。值得注意的是,走线的特性阻抗(Z0)会随走线尺寸(长度、宽度和深度)而变化;驱动器的 输出阻抗必须与特性阻抗匹配。
图2. 采用3.3V电源供电时ADCLK954时钟缓冲器的输出波形
输出端接
时钟信号衰减会增加抖动,因此对驱动器输出的端接很重要,这可以避免信号反射,并可通过相对较大的带宽实现最大能量传输。确实, 反射可以造成下冲和过冲,严重降低信号和整体时钟的性能,或者在极端情况下,可能会损坏接收器或驱动器。反射因阻抗不匹配而引起,在走线没有适当端接时发 生。由于反射系数本身具有高通特性,因此这对具有快速上升和下降时间的高速信号更重要。反射脉冲与主时钟信号相叠加,削弱了时钟脉冲。如图3所示,它对上 升沿和下降沿增加了不确定的延时或者抖动,从而影响时钟信号的边沿。
图3. 由端接不当引起的反射信号抖动
端接不当使回声的幅度随着时间而变化,因此?t也会随时间变化。端接的时间常数也会影响回声脉冲的形状和宽度。基于以上原因,反射引起的附加抖动,从形状看类似增加经典抖动的高斯特性。为了避免抖动和时钟质量降低的不利影响,需要使用表1中总结的恰当信号端接方法。Z0是传输线的阻抗;ZOUT是驱动器的输出阻抗,ZIN是接收器的输入阻抗。仅显示CMOS和PECL/LVPECL电路。
表1. 时钟端接
方法 | 描述 | 优势 | 弱点 | 备注 |
串行端接 | CMOS 实际上,因为阻抗会随频率动态变化,难以达到阻抗匹配,所以缓冲器输出端可以省去电阻(R)。 |
低功耗解决方案(没有对地的吸电流) 很容易计算R的值R(Z0–ZOUT). |
上升/下降时间受RC电路的影响,增加抖动。 只对低频信号有效。 |
CMOS驱动器 不适合高频时钟CMOS drivers.信号。 适合低频时钟信号和非常短的走线。 |
下拉电阻 | CMOS |
非常简单(R = Z0) | 高功耗 | 不推荐 |
LVPECL |
简单的3电阻解决方案。 就节能而言稍好一点,相对于4电阻端接来说节省一个电阻。 |
推荐。 端接电阻尽可能靠近PECL接收器放置。 |
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交流端接 | CMOS |
没有直流功耗。 | 为避免较高功耗,C应该很小,但也不能太小而导致吸电流。 | |
LVPECL |
交流耦合允许调整偏置电压。避免电路两端之间的能量流动。 | 交流耦合只推荐用于平衡信号(50%占空比的时钟信号)。 | 交流耦合电容的ESR值和容值应该很低。 | |
电阻桥 | CMOS |
功耗实现合理的权衡取舍。 | 单端时钟用两个器件。 | |
LVPECL |
差分输出逻辑用4个外部器件。 | 3.3V LVPECL驱动器广泛应用端接。 |
编辑:admin 最后修改时间:2018-01-05