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为基于FPGA的设计选择最佳内部或外部时钟解决方案

2025-08-27 14:57:54 金洛鑫电子

为基于FPGA的设计选择最佳内部或外部时钟解决方案

控制平面定时FPGA内部PLL为高速逻辑,数字信号处理和嵌入式存储器等功能模块提供低偏斜时钟源.内部PLL也用于产生全局和区域时钟以及其它高扇出,低偏斜控制信号.驱动这些内部PLL需要外部输入参考时钟.通常使用简单的固定频率振荡器来提供这些基准电压.当选择振荡器来提供FPGA控制平面时序时,开发人员应考虑三个关键标准:长期可靠性FPGAs通常用于生命周期较长的应用,因此确保所有板级器件的额定性能能够长期工作非常重要.振荡器是一个关键问题,因为在许多电子应用中,基于石英晶体的元件是场回报率最高的原因.晶体易受污染问题的影响,可能会影响启动和随时间和温度的频率漂移.为确保长期可靠性,开发人员应选择能保证长期工作的振荡器.合适的振荡器应保证至少10年的工作寿命,并规定在加速温度(例如40摄氏度或更高)下的寿命老化.

A

进口skyworks晶体电路板级抗扰度FPGAs通常工作在开关电源包围的高噪声环境中.此外,FPGAs会产生噪声,影响VDD和接地层.最小化这种噪声可能相对昂贵,并且不能完全消除.选择振荡器时,一个重要的考虑因素是电源噪声滤波.内置电源电压调节功能的振荡器提供噪声抑制,确保器件在受到系统级噪声影响时不会违反其规定的抖动规格,从而实现更具弹性的工作.有效性由于与石英加工,模具组装和封装相关的材料密集,复杂的制造过程,振荡器可能需要花费大量时间来采购.定制频率振荡器可能需要更长时间才能获得.选择可快速交货的振荡器,无论是经销商的库存还是供应商可快速编程的振荡器.快速的元件可用性简化了原型制作,并加快了设计速度skyworks环保晶振收发器时钟除了可靠性,电源噪声抑制性能和可用性,开发人员还应该考虑基于FPGA的收发器时钟应用的其他因素.对于高速串行数据通信(例如10/40/100G以太网,光传输网络[OTN],3G-SDI,CPRI和PCIExpress),参考时钟选择至关重要,因为时钟抖动会对收发器误码率产生不利影响.更复杂的是,多速率应用需要一系列不同的参考频率.

B

硬件设计人员通常有三种收发器参考时钟选项:内部整数或小数PLL高性能FPGAs内置整数/小数PLL,可用于收发器时钟.在整数模式下工作时,这些PLL的抖动最低.用于小数时钟合成时,会牺牲一些抖动性能.虽然这种解决方案的抖动性能在某些应用中是可以接受的,但分立振荡器和时钟可以提供更低的抖动,并更好地优化FPGA收发器性能.振荡器单频振荡器可用于固定速率的时钟应用.对于多速率收发器,可串行编程至较宽频率范围的I2C可编程晶振是一种出色的解决方案.I2C可编程振荡器的一个好处是可以与FPGA的整数PLL配合使用.振荡器可以提供低抖动小数时钟合成,FPGA的内部PLL可以进一步提供整数时钟乘法和低偏斜时钟路由.

11

时钟发生器/抖动衰减时钟IC为多个FPGA收发器提供时钟的最高性能方法是使用多路输出时钟发生器/抖动衰减时钟.频率捷变时钟发生器除了提供控制平面时钟以外,还可以用于收发器的时钟.要求同步的应用(如SONET/SDH,同步以太网,广播视频和CPRI)需要抖动衰减时钟IC.这些器件集成超低相位噪声压控振荡器(VCO)和低带宽PLL(典型值为0.1Hz至1kHz),除了超低抖动频率合成之外,还提供抖动/漂移滤波.抖动衰减时钟还提供无中断切换,这是一种在切换期间吸收两个输入时钟之间相位差的功能.这可以最大限度地降低下游低带宽PLL因时钟重排而失锁的风险.最后,抖动衰减时钟提供保持参考时钟功能,确保收发器在参考时钟不可用时仍能正常工作.这一关键功能对于要求99.999%可用性的通信应用来说至关重要.

为基于FPGA的设计选择最佳内部或外部时钟解决方案

510BBA156M250BAGR Skyworks Si510 XO 156.25 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511FBA000330BAGR Skyworks Si511 XO 125 MHz LVDS
 2.5V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511BBA100M000BAG Skyworks Si511 XO 100 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511BBA125M000AAG Skyworks Si511 XO 125 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511BBA100M000AAG Skyworks Si511 XO 100 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511BBA200M000AAG Skyworks Si511 XO 200 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
530BB125M000DG Skyworks Si530 XO 125 MHz LVDS 3.3V ±20ppm -40°C ~ 85°C
531BC125M000DG Skyworks Si531 XO 125 MHz LVDS 3.3V ±7ppm -40°C ~ 85°C
545BAA200M000BBG Skyworks Si545 XO 200 MHz LVDS 1.8V, 2.5V, 3.3V ±20ppm -40°C ~ 85°C
570BAB000544DG Skyworks Si570 XO 156.25 MHz LVDS 3.3V ±50ppm -40°C ~ 85°C
510BBA125M000AAGR Skyworks Si510 XO 125 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
510BBA156M250AAGR Skyworks Si510 XO 156.25 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511ABA156M250AAGR Skyworks Si511 XO 156.25 MHz LVPECL 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
511BBA200M000BAGR Skyworks Si511 XO 200 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
510MCA50M0000AAGR Skyworks Si510 XO 50 MHz CMOS 3.3V ±20ppm -40°C ~ 85°C
511BCA160M000BAGR Skyworks Si511 XO 160 MHz LVDS 3.3V - -40°C ~ 85°C
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511BBA74M2500BAG Skyworks Si511 XO 74.25 MHz LVDS 3.3V ±25ppm -40°C ~ 85°C
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540BAA000274BBG Skyworks Si540 XO 322.265625 MHz LVDS 1.8V, 2.5V, 3.3V ±20ppm -40°C ~ 85°C
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