SiTime Corp.公司是專注于MEMS振蕩器設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā),研究,制造和銷(xiāo)售的生產(chǎn)廠家.幾十年來(lái)不斷鉆研和創(chuàng)新新的技術(shù),從2005年開(kāi)始發(fā)現(xiàn)了降低MEMS晶振成本的方法,使MEMS得到大力的發(fā)展.因此,MEMS也在這十幾年里突飛猛進(jìn),同時(shí)也提升了SiTime晶振的品牌效應(yīng)和口碑,成為我國(guó)重要的進(jìn)口晶振供應(yīng)商之一.SiTime有一項(xiàng)技術(shù)可以驅(qū)動(dòng)單個(gè)或多個(gè)負(fù)載單端晶體振蕩器終端的方法,詳情請(qǐng)閱讀本文!
具有快速邊沿的時(shí)鐘信號(hào)將印刷電路板(PCB)上的跡線視為傳輸線而不是簡(jiǎn)單的導(dǎo)線連接.如果PCB走線的長(zhǎng)度超過(guò)一定限度,則需要將走線阻抗與源和負(fù)載阻抗中的一個(gè)或兩個(gè)匹配.阻抗不匹配導(dǎo)致信號(hào)反射在傳輸線中來(lái)回傳播,從而導(dǎo)致信號(hào)失真,例如振蕩,過(guò)沖和下沖.本Oscillator應(yīng)用筆記提供了正確終止主要由LVCMOS輸出驅(qū)動(dòng)的單端走線的指南.本文檔討論了單負(fù)載和多負(fù)載方案.
Lumped與分布式PCB走線
如果響應(yīng)輸入信號(hào),所有點(diǎn)與均勻電位一起反應(yīng),則時(shí)鐘源,PCB走線和時(shí)鐘接收器被認(rèn)為是集總系統(tǒng).如果響應(yīng)沿跟蹤分布,則系統(tǒng)稱為分布式系統(tǒng).任何環(huán)境中信號(hào)傳播的速度都是有限的,因此不存在完美的集總系統(tǒng).通常的做法是將PCB走線的長(zhǎng)度與最快時(shí)鐘信號(hào)邊沿的有效長(zhǎng)度進(jìn)行比較,并使用該比率來(lái)判斷系統(tǒng)是否可以視為集總系統(tǒng).跟蹤中的有效信號(hào)邊長(zhǎng)計(jì)算如下:

其中l(wèi)=上升沿的長(zhǎng)度,in.
Tr=10％-90％的上升時(shí)間,ps
Tpd=每單位長(zhǎng)度的傳播延遲,ps/in.
例如,FR4PCB走線中的傳播延遲范圍為140至180ps/in.假設(shè)Tpd=150ps/in.1ns上升沿的有效長(zhǎng)度為6.7in.
如果PCB走線的長(zhǎng)度小于或等于信號(hào)邊沿有效長(zhǎng)度的六分之一(1/6),則該電路主要以點(diǎn)燈方式工作.當(dāng)比較20％-80％的上升/下降時(shí)間時(shí),更合適的比例是l/4來(lái)決定是否可以將跡線視為集總元素.集總電路不需要終止.例如,假設(shè)時(shí)鐘信號(hào)具有1ns10％-90％的上升時(shí)間且FR4PCB材料走線長(zhǎng)于1.1in,則必須將其視為傳輸線.
有關(guān)不同負(fù)載選項(xiàng)和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度設(shè)置的SiTime晶振的上升和下降時(shí)間表可在大多數(shù)器件系列的數(shù)據(jù)表中找到.使用公式1時(shí),從數(shù)據(jù)表上升/下降時(shí)間表(通常為5pF)中選擇最低負(fù)載選項(xiàng),因?yàn)榻邮掌鱾?cè)的容性負(fù)載不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)傳輸線時(shí)源的上升/下降時(shí)間.
當(dāng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器將邊沿發(fā)送到傳輸線時(shí),邊沿經(jīng)過(guò)一段延遲后到達(dá)負(fù)載.如果負(fù)載的阻抗(Z1)不同于傳輸線的阻抗(Z0),則信號(hào)的一部分從負(fù)載朝向源反射.源處的不匹配導(dǎo)致部分反射信號(hào)反射回負(fù)載(圓尖反射).反射信號(hào)的分?jǐn)?shù)由反射系數(shù)[附錄B]確定.以下部分描述了終端策略,可用于在驅(qū)動(dòng)單個(gè)或多個(gè)負(fù)載時(shí)最小化反射并改善信號(hào)完整性.
用于驅(qū)動(dòng)單負(fù)載的源終端

圖1:串聯(lián)終端

串聯(lián)端接是通過(guò)在走線附近插入一個(gè)盡可能靠近源的電阻來(lái)構(gòu)建的(見(jiàn)圖1).為了獲得適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ?時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和串聯(lián)終端電阻的輸出阻抗應(yīng)等于走線阻抗,即:
Rs+Rd=Zo
其中Rs-終端電阻的值
Rd-驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗
Z0-傳輸線阻抗
例如,我們計(jì)算適用于SiT8208器件的終端電阻值,該器件具有默認(rèn)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度,工作電壓為3.3V,驅(qū)動(dòng)60Ω走線.從晶振數(shù)據(jù)表2表4中我們確定默認(rèn)的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度代碼是”F”.使用附錄C中的表1,我們確定具有驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度代碼”F”和3.3V工作電壓的SiT8208器件的典型輸出阻抗為15.3Ω.將走線阻抗和輸出阻抗代入公式2,我們計(jì)算源端接電阻值Rs=60Ω-15.3Ω=44.7Ω.
使用圖1中的配置,來(lái)自信號(hào)源的信號(hào)將沿著跡線傳播,直到達(dá)到負(fù)載.典型負(fù)載具有非常高的輸入阻抗(在兆歐范圍內(nèi)),因此不會(huì)吸收能量并且整個(gè)信號(hào)被反射回源.因?yàn)樵刺幍淖杩古c傳輸線的阻抗匹配,所以不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的反射.有關(guān)串聯(lián)端接傳輸線中信號(hào)傳播的詳細(xì)圖表.
SiTime建議使用SiTime提供的貼片振蕩器IBIS模型來(lái)模擬布局.作為示例,我們使用AltiumDesigner軟件中的信號(hào)完整性分析工具來(lái)模擬驅(qū)動(dòng)5英寸60Ω傳輸線的SiT8208振蕩器.圖2顯示了負(fù)載側(cè)模擬的信號(hào)波形.選擇終端電阻Rs=43Ω以匹配60Ω線路阻抗.終端電阻的相同值用于模擬+/-10％的跡線阻抗變化,因此考慮到PCB制造的擴(kuò)散.

圖2:SiT8208的Altium Designer仿真波形驅(qū)動(dòng)負(fù)載通過(guò)傳輸線中的5.走線阻抗-54,60和66Ω,電源電壓-3.3V,源端接-43Ω,負(fù)載電容-5pF.有關(guān)SiTime單端振蕩器典型輸出阻抗的信息.

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