TI时钟产品在工业领域系统应用和设计技巧-上篇

我这边就很快把时钟设计的一个

给大家做一个介绍 有谁是在用的时候

系统设计会用到这个时钟的

时钟高压器

有谁在板上我們在做 设计的时候是有用到那个晶体晶振

都有 是吧

其实说這个晶体和晶振跟时钟 的概念就是你板子上有三个晶体

你是独立的

一个晶体25兆 50兆 这样的给一个参考时钟出来

那我的时钟

就是说我把它集中在一起

我一个时钟我可以打出 25到50兆 100兆的参考时钟

MCU CPU的方案各种芯片 所以它

是这个概念 很多人觉得时钟

我板子上我从来没用过时钟 这个时钟有什么用

可能也用不到这么复杂 原来我设计的时候很好

我板上我用晶体的

我这边MCU方面 我换25兆 50兆

我的那个CPU里面 我的PCI

我直接换成一百兆 挺好的

我哪里需要我就放哪里

布局用线也很简单 我用了一个實物之后

你一个东西拿出五个十个出来 我布局布线都不知道往哪放

然后说我的板子这边 我器件很分散 我要拉到那个

从左边搭到右边 中间经过很多的线路 我的layout 我的PCB阻线

会不会受到干扰 整个信号输出的质量怎样

这些都是我们关注的问题

很多人就是说你不要 给我接这个时钟了 这东西太复杂

我认为我的这个晶体晶振很好 又便宜又简单 是吧

而且我前面不适用

我没有必要用一件时钟 把我摆上那个晶体晶振

这是一个非常关键的概念 就是说

我们如果可以看一下整个产品 就是说

从PC时代开始做的 差不多90年代那时候PC开始兴起

英特儿 它所有的价格当中

它的PC Server全部是晶体

它最右边也是放的晶体

有些如果说是要高速的 信号比较高的 它会放元晶片

那元晶片一个其实也不便宜

人民币也要卖到可能要到七块钱 看你的频率高低

那个更便宜 那个几毛钱 几毛钱人民币就搞定

所以在板上就是说 你去看你板上还有很多这样的

你可能有三个五个不等

那英特尔刚开始做PC的时候 它也是

后来才发现频率 一个是频率

晶体在选择的时候

还有说我放十个不同频率的

最最关键的是

日本不是经常地震嘛 台湾也有地震

一地震就说 那你不就傻掉了

它是非常低的 它要切一个

切一个300多兆的晶体出来的话 它的量米是非常大的

基本上是30%不到 所以它成本非常高

交错期也很长 它因为是很薄的切片

一旦说在做震动 有些工业产品震动的时候

它是比较容易使的 不是说一震就坏了

这一震就坏别人敢用嘛

它是有概率 比较高的概率失效

所以在这时候 英特尔来说我要一个时钟晶片

去代替我板上的所有晶体晶振

这个在2000年左右 全面5000万

全部迁到时钟晶体

那它的那个PC仪器 我们以前自己做DIY

做那个开机 就是自己装机嘛

你去看一下它上面

它就是时钟那面

拿到PC到市场上一查 那它上面有设计图纸的时候

它那板上 从PC上面 从多层板 六层板做到四层上

甚至有些做两层板 它都可以做成功

所以这段时间 我们说它已经经过了

我们刚才 我提到了可能大家没有

讲出来 但是我一讲的话 心里都有这个疑问

再看到第二个电信设备

华为 中兴 爱立信 还有诺基亚 这些

它们在做无线计算 比如说是 数据通讯这一块

差不多也是从2000年开始

之前也是用了晶体和晶振

因为在通信上面晶体晶振非常大

一个滚压镇压器的话 大概要三到五个美金

如果是恒温晶振 TCSO的话 可能要卖到十个美金

那个东西是相当相当贵的

那这个时候它们是

除了我们刚才提到那些问题

它的Cost 这个成本比较高

所以它提出来要搞时钟

从那时候开始它慢慢通信设备

全部签的是时钟

现在到处看一看 很少很少 除了一些

要求特别高 它会创造一些经济

基本上都是时钟 所以说是

从PC到通讯设备 到现在一些工业设备上面

都会使用时钟

所以的话 我花时间讲说

时钟可能我们之前没有想过这些

那在概念上 其实从原理上 概念上和应用上

时钟 如果你板上有三五个

就三个以上的晶体的话 晶体晶振

你是可以考虑用这个时钟安装器

去替代板上的这些晶振

那我们回到今天这个话题看一下

下面这个Slice

时钟这些应用 整个TI的一个介绍

关于时钟方面的一个介绍 我们在工业系统中设计

要考虑的一些问题

最后还有就是说

我们可以提供一个非常简单的

在我们官网上面 WEBENCH

一个非常简单的 时钟合作系统法则通讯

所以整个刚才我们提到的这些

从电仪 工业这些 都是我们看的工业系统

电仪 调谐 然后这个电梯 视频监控

广电系统 测试仪器 直播器 再到我们的这个医疗

方面的一些设备 都有采用时钟

这个的话 是一个我们

说板上没有时钟 刚才我有问大家晶体晶振有没有

板上你有CPU 有按门中心 有DSP

旁边一定有一个晶体或者晶振

有一些高速的USB 这些东西

接口 芯片 旁边没有安装时钟的晶体晶振

还有一些高速接通器 PCI以上的方案 旁边这些也有

所以你看一下这个板上 你数一下 旁边挂一个同行 都可以的

考虑采用这样的一个时钟晶片 把它给替代上

然后同一个图 这边是参考时钟 那时钟的话就是说

有一些简单的概念性的东西

它这边分成两个就是

一个是时率 一个是频率 这边就说噪音频点

时钟有个非常关键的词称为抖动

如果从时率上面去看的话

它会有一个左右Cycle 就说相应的两个东西之间

因为时钟是个参考源

如果它本身自己不准 信号比较差的话

会导致通讯的质量会非常差

甚至说在高速的情况上面

看到的眼图 你锁定信号 你通讯接收不了信号

所以参考时钟 这个对我们晶体晶振

可能 我不知道 就是说你们有没有关注

晶体晶振上面也有这种

它最关键的一个是精准率

PTM

多少个PTM 50个PTM还是100个PTM

这是我们系统当中比较常用

精准度 还有一个就是机能

实际上 这个是周期Cycle系统 CC系统

那到频率上面去看的话

就是说我们的这个噪声非常小

降位 一个是周期 一个是降位 都是一样的东西

那我们来看整个时钟的Jitter 说到这个Jitter值

要深入去研究 它也有很多讲法

有不同的东西 又是随机抖动

又是什么周期固定的 然后什么

那这些的话 这是一个Jitter 那这边的话就是说

整个的一个测试 说我去量测去抓这个

时钟信号 整个量测下来还有

一些参考的分析 给大家做一个参考

看一下 那有一个比较关键的

一个东西就是说我们在如果时间

比较高速的工作数据通讯采集的

他一定要量测Jitter

所以的话 就是说

有一些参数

它的那个Jitter的话 那个RJ至少要小于一

当然这个是在 要求比较高的 频率比较高

100兆以上 或者说是整个系统

要求是一个比较高精度的数据统计

这些计算的方法我们就不看了

那为什么说采用PLL

这些都是我们要考虑

设计当中要考虑的一些东西

我可能不见得 是说我要求这个时钟要怎样

但是说这是我们整个系统的

定义上我要达到一个通讯

其实你从这个去反算回来就是说

我的通讯的时钟速率频率是多少 退一步来说

我要达到这个标准之后 我可以倒推过来

我要求这个时钟有什么样

达到什么样的规范 这些就是我们

平时做的器件选择 从系统当中的

再到器件 这样的话我们就知道

这个器件选用什么样的东西

有可能说 我们在平时的设计当中说

这是非常要求 或者说我其实

没什么太多的关注

那可能是说一个是 系统当中对这个要求真的不高

还有一个是 也是别人前面

别人的设计或者一直都这么做

都没什么问题

但如果你深入去看的话 就是说这些参数要考虑

刚才我说的这个PTM精准度

你的噪声 或者说你的Jitter 这个是频率的base噪音

一个整个的稳定性 温飘

这个就是说要像刚才一样

这个Drift

这就是一个温飘的特性

所以它也是全国范围内各种电压组合 大概去量测

我这边就很快把时钟设计的一个

给大家做一个介绍 有谁是在用的时候

系统设计会用到这个时钟的

时钟高压器

有谁在板上我們在做 设计的时候是有用到那个晶体晶振

都有 是吧

其实说這个晶体和晶振跟时钟 的概念就是你板子上有三个晶体

你是独立的

一个晶体25兆 50兆 这样的给一个参考时钟出来

那我的时钟

就是说我把它集中在一起

我一个时钟我可以打出 25到50兆 100兆的参考时钟

MCU CPU的方案各种芯片 所以它

是这个概念 很多人觉得时钟

我板子上我从来没用过时钟 这个时钟有什么用

可能也用不到这么复杂 原来我设计的时候很好

我板上我用晶体的

我这边MCU方面 我换25兆 50兆

我的那个CPU里面 我的PCI

我直接换成一百兆 挺好的

我哪里需要我就放哪里

布局用线也很简单 我用了一个實物之后

你一个东西拿出五个十个出来 我布局布线都不知道往哪放

然后说我的板子这边 我器件很分散 我要拉到那个

从左边搭到右边 中间经过很多的线路 我的layout 我的PCB阻线

会不会受到干扰 整个信号输出的质量怎样

这些都是我们关注的问题

很多人就是说你不要 给我接这个时钟了 这东西太复杂

我认为我的这个晶体晶振很好 又便宜又简单 是吧

而且我前面不适用

我没有必要用一件时钟 把我摆上那个晶体晶振

这是一个非常关键的概念 就是说

我们如果可以看一下整个产品 就是说

从PC时代开始做的 差不多90年代那时候PC开始兴起

英特儿 它所有的价格当中

它的PC Server全部是晶体

它最右边也是放的晶体

有些如果说是要高速的 信号比较高的 它会放元晶片

那元晶片一个其实也不便宜

人民币也要卖到可能要到七块钱 看你的频率高低

那个更便宜 那个几毛钱 几毛钱人民币就搞定

所以在板上就是说 你去看你板上还有很多这样的

你可能有三个五个不等

那英特尔刚开始做PC的时候 它也是

后来才发现频率 一个是频率

晶体在选择的时候

还有说我放十个不同频率的

最最关键的是

日本不是经常地震嘛 台湾也有地震

一地震就说 那你不就傻掉了

它是非常低的 它要切一个

切一个300多兆的晶体出来的话 它的量米是非常大的

基本上是30%不到 所以它成本非常高

交错期也很长 它因为是很薄的切片

一旦说在做震动 有些工业产品震动的时候

它是比较容易使的 不是说一震就坏了

这一震就坏别人敢用嘛

它是有概率 比较高的概率失效

所以在这时候 英特尔来说我要一个时钟晶片

去代替我板上的所有晶体晶振

这个在2000年左右 全面5000万

全部迁到时钟晶体

那它的那个PC仪器 我们以前自己做DIY

做那个开机 就是自己装机嘛

你去看一下它上面

它就是时钟那面

拿到PC到市场上一查 那它上面有设计图纸的时候

它那板上 从PC上面 从多层板 六层板做到四层上

甚至有些做两层板 它都可以做成功

所以这段时间 我们说它已经经过了

我们刚才 我提到了可能大家没有

讲出来 但是我一讲的话 心里都有这个疑问

再看到第二个电信设备

华为 中兴 爱立信 还有诺基亚 这些

它们在做无线计算 比如说是 数据通讯这一块

差不多也是从2000年开始

之前也是用了晶体和晶振

因为在通信上面晶体晶振非常大

一个滚压镇压器的话 大概要三到五个美金

如果是恒温晶振 TCSO的话 可能要卖到十个美金

那个东西是相当相当贵的

那这个时候它们是

除了我们刚才提到那些问题

它的Cost 这个成本比较高

所以它提出来要搞时钟

从那时候开始它慢慢通信设备

全部签的是时钟

现在到处看一看 很少很少 除了一些

要求特别高 它会创造一些经济

基本上都是时钟 所以说是

从PC到通讯设备 到现在一些工业设备上面

都会使用时钟

所以的话 我花时间讲说

时钟可能我们之前没有想过这些

那在概念上 其实从原理上 概念上和应用上

时钟 如果你板上有三五个

就三个以上的晶体的话 晶体晶振

你是可以考虑用这个时钟安装器

去替代板上的这些晶振

那我们回到今天这个话题看一下

下面这个Slice

时钟这些应用 整个TI的一个介绍

关于时钟方面的一个介绍 我们在工业系统中设计

要考虑的一些问题

最后还有就是说

我们可以提供一个非常简单的

在我们官网上面 WEBENCH

一个非常简单的 时钟合作系统法则通讯

所以整个刚才我们提到的这些

从电仪 工业这些 都是我们看的工业系统

电仪 调谐 然后这个电梯 视频监控

广电系统 测试仪器 直播器 再到我们的这个医疗

方面的一些设备 都有采用时钟

这个的话 是一个我们

说板上没有时钟 刚才我有问大家晶体晶振有没有

板上你有CPU 有按门中心 有DSP

旁边一定有一个晶体或者晶振

有一些高速的USB 这些东西

接口 芯片 旁边没有安装时钟的晶体晶振

还有一些高速接通器 PCI以上的方案 旁边这些也有

所以你看一下这个板上 你数一下 旁边挂一个同行 都可以的

考虑采用这样的一个时钟晶片 把它给替代上

然后同一个图 这边是参考时钟 那时钟的话就是说

有一些简单的概念性的东西

它这边分成两个就是

一个是时率 一个是频率 这边就说噪音频点

时钟有个非常关键的词称为抖动

如果从时率上面去看的话

它会有一个左右Cycle 就说相应的两个东西之间

因为时钟是个参考源

如果它本身自己不准 信号比较差的话

会导致通讯的质量会非常差

甚至说在高速的情况上面

看到的眼图 你锁定信号 你通讯接收不了信号

所以参考时钟 这个对我们晶体晶振

可能 我不知道 就是说你们有没有关注

晶体晶振上面也有这种

它最关键的一个是精准率

PTM

多少个PTM 50个PTM还是100个PTM

这是我们系统当中比较常用

精准度 还有一个就是机能

实际上 这个是周期Cycle系统 CC系统

那到频率上面去看的话

就是说我们的这个噪声非常小

降位 一个是周期 一个是降位 都是一样的东西

那我们来看整个时钟的Jitter 说到这个Jitter值

要深入去研究 它也有很多讲法

有不同的东西 又是随机抖动

又是什么周期固定的 然后什么

那这些的话 这是一个Jitter 那这边的话就是说

整个的一个测试 说我去量测去抓这个

时钟信号 整个量测下来还有

一些参考的分析 给大家做一个参考

看一下 那有一个比较关键的

一个东西就是说我们在如果时间

比较高速的工作数据通讯采集的

他一定要量测Jitter

所以的话 就是说

有一些参数

它的那个Jitter的话 那个RJ至少要小于一

当然这个是在 要求比较高的 频率比较高

100兆以上 或者说是整个系统

要求是一个比较高精度的数据统计

这些计算的方法我们就不看了

那为什么说采用PLL

这些都是我们要考虑

设计当中要考虑的一些东西

我可能不见得 是说我要求这个时钟要怎样

但是说这是我们整个系统的

定义上我要达到一个通讯

其实你从这个去反算回来就是说

我的通讯的时钟速率频率是多少 退一步来说

我要达到这个标准之后 我可以倒推过来

我要求这个时钟有什么样

达到什么样的规范 这些就是我们

平时做的器件选择 从系统当中的

再到器件 这样的话我们就知道

这个器件选用什么样的东西

有可能说 我们在平时的设计当中说

这是非常要求 或者说我其实

没什么太多的关注

那可能是说一个是 系统当中对这个要求真的不高

还有一个是 也是别人前面

别人的设计或者一直都这么做

都没什么问题

但如果你深入去看的话 就是说这些参数要考虑

刚才我说的这个PTM精准度

你的噪声 或者说你的Jitter 这个是频率的base噪音

一个整个的稳定性 温飘

这个就是说要像刚才一样

这个Drift

这就是一个温飘的特性

所以它也是全国范围内各种电压组合 大概去量测