时钟缓冲器是比较常用的器件,其主要功能作用有时钟信号复制,时钟信号格式转换,时钟信号电平转换等。我们下面简单了解下:
1.时钟信号复制
例如ICS553芯片,其将单路输入时钟信号复制4份进行输出,输出信号具有相同的相位及频率特性。
例如在某一嵌入式设备中需要四个时钟,这时候就可以用一个有源时钟和一个ICS553,简化了电路期间,提高了稳定性。这里可能会有疑问,能否将一个晶振产生的时钟频率同时直接接到四个器件上,答案是不行,原因是选择一个晶振同时为几个芯片提供参考,这种方案很大的弊端是时钟信号完整性问题。这种点到多点的连接无法做到阻抗匹配,信号反射会很严重,导致时钟信号沿的单调性、过冲振铃等问题,进而可能导致误触发,造成系统失步,因此多数应用都需要点对点的拓扑。
2.时钟信号格式转换
除了时钟信号复制外,还有很多时钟Buffer同时具有时钟信号的格式转换功能,就是将一种格式的输入时钟信号转换成另外一种格式的输出。
下图是两款具有这种功能的Buffer功能框图,输入可以选择3路中的任意一路,其中输入口0和1支持的信号格式可以是LVPECL、LVDS、HCSL、SSTL、LVCMOS、LVTTL中的任意一种,而OSC输入口则支持无源晶体输入。INS6110可以将任意一种类型的输入时钟信号转换为10路LVCMOS单端输出时钟信号,而INS6310则可以输出2 个Bank共计10路差分时钟和1路LVCMOS单端时钟。差分输出时钟类型可以通过OTYPEA【1:0】及OTYPB【1:0】分别单独配置,选择LVPECL、LVDS、HCSL或高阻状态。
在数据中心、服务器、网络监控设备等应用中,很多芯片之间都通过PCIe接口通信,比如CPU、 PCIe交换芯片、PCIe扩展卡、Wifi 控制器、GE口等,都是通过PCIe口来传输高速数据,系统中需要多个HCSL格式的100M的参考时钟,而市场上没有直接出HCSL信号的晶振,这时可以用100M LVDS或LVPECL输出的晶振,通过Buffer转换为100M HCSL时钟信号格式来满足应用。
时钟信号电平转换
大家可能已经注意到了上图中它们都有VDD,VDDOA,VDDOB等多种电源,这里的VDD是核心电压,也是输入时钟信号的电压,而VDDOX则是输出信号电压,VDDOX电压可以不同于VDD,比如VDD是3.3V,而VDD可以选择3.3V、2.5V、1.8V等多种电压输出,这就是时钟Buffer的第三种典型应用,即时钟信号的电平转换。在已有频率源和实际芯片要求的参考频率电平不一样时,可以通过时钟Buffer来实现时钟信号的电平转换。
以上几个案例可以看到:时钟缓冲器(Buffer)与晶体或晶振是密不可分的。单独的时钟Buffer本身无法产生频率源,它可以将晶体或晶振产生的时钟信号进行复制、格式转换及电平转换。在需要这些功能的应用场景,选择合适的时钟Buffer可以极大的优化系统时钟方案和性价比。
以上就是时钟缓冲器的基本知识和使用场景。