小心多个时钟沿!

问题:

使用多个时钟时,如何改善系统性能?

RAQ:  Issue 60

答案:

在使用同一时钟源产生多个时钟时,一个常见的问题是噪声,通常表现为存在于噪底之上的杂散,这是因为单一时钟源被倍频或分频为多个时钟。偏移各时钟的相邻沿可以降低噪声杂散,或者完全消除杂散,这具体取决于系统的时序裕量。这一现象是一个时间变量系统,其中时钟信号的破坏与时域中的干扰位置相关。干扰位置是固定的,因此时钟的破坏程度与干扰的幅度成比例,就像在线性系统中一样。

让我们以时钟发生器A D 9 5 1 6的两路输出为例加以说明。一路100MHz输出连接到一个A D C , 另一路2 5 M H z 输出(1/4×fSAMPLE) 为一个F PGA提供时钟信号。两路输出时钟的上升沿和下降沿几乎是同时的,其结果是发生耦合效应,因为两个快速运动的高带宽时钟沿每隔10ns出现一次,而不是所需要的一个时钟沿。在此跃迁期间,内部或外部的噪声必须很低,因为抖动或噪声存在于时钟的跃迁区时会破坏ADC的时序。提高压摆率以加快时钟沿(阈值区相应变小)不可避免地会缩短噪声在阈值期间存在的时间,从而有效降低引入系统的均方根抖动量。在时钟的稳态期间(高电平和低电平),时钟噪声不起作用。因此,只需延迟25MHz或100MHz时钟便能展开二者的时间,移动干扰的位置。换言之,应将一个时钟的跃迁沿安排在另一个时钟的稳态期间出现。

本质上,这里涉及到一条走线与另一条相邻走线由于串扰而引起的抖动(噪声)。如 果一条走线携带一个信号,而相邻的并行走线携带一个变化电流,则信号走线中将 产生一个电压;如果它是时钟信号,则时钟沿出现的时间将被调制。如果这些时钟 沿出现在几乎同一时间,就会发生问题。

作者

Rob Reeder

Rob Reeder

Rob Reeder是ADI公司高速转换器和RF应用部(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的高级系统应用工程师。他发表了大量有关各种应用的转换器接口、转换器测试和模拟信号链设计的文章。Rob曾在航空航天和防务部担任应用工程师5年之久,专注于雷达、EW和仪器仪表等各种应用领域。他曾在高速转换器产品线上任职9年。在此之前,Rob还从事过测试开发和模拟设计工作(效力于ADI多芯片产品集团),拥有5年的太空、防务和高度可靠的应用模拟信号链模块设计经验。Rob于1996年和1998年分别获得北伊利诺斯州大学(伊利诺斯迪卡尔布市)的电子工程学士(BSEE)学位和电子工程硕士(MSEE)学位。Rob晚上不写论文或在实验室研究电路时,他喜欢在健身房活动、听电子音乐、用旧木板制作家具;最重要的是和他的两个孩子一起放松自己。