【導讀】通常講的扇出型時(shí)鐘緩沖器（Buffer），主要功能可以分為時(shí)鐘信號復制，時(shí)鐘信號格式轉換，時(shí)鐘信號電平轉換。下面我們針對這些功能介紹幾種典型的應用場(chǎng)景。
典型應用一：時(shí)鐘信號復制
時(shí)鐘信號復制簡(jiǎn)單理解就是將一路時(shí)鐘源信號通過(guò)頻率復制生成多路時(shí)鐘信號。
圖1，INS6104A功能框圖，從圖中可以看到1路時(shí)鐘信號輸入被分出4路相同的時(shí)鐘信號輸出，并且可以通過(guò)OE管腳控制信號輸出與否。
圖1：INS6104A功能框圖
例如：在某一款PC控制主板上有CPU、CPLD、網(wǎng)絡(luò )處理ASIC、時(shí)鐘發(fā)生器等多顆芯片，都需要25MHz的參考時(shí)鐘信號，可以選擇的方案有：
方案1：選擇一個(gè)晶振同時(shí)為幾個(gè)芯片提供參考，這種方案很大的弊端是時(shí)鐘信號完整性問(wèn)題。這種點(diǎn)到多點(diǎn)的連接無(wú)法做到阻抗匹配，信號反射會(huì )很?chē)乐?，導致時(shí)鐘信號沿的單調性、過(guò)沖振鈴等問(wèn)題，進(jìn)而可能導致誤觸發(fā)，造成系統失步，因此多數應用都需要點(diǎn)對點(diǎn)的拓撲。
圖2：?jiǎn)蝹€(gè)晶振解決方案
方案2：選擇4個(gè)晶振分別給4個(gè)芯片提供參考，這個(gè)方案的優(yōu)勢就是PCB布局走線(xiàn)更靈活方便，可以保證時(shí)鐘信號的完整性。當然明顯的劣勢就是成本高，特別是對于參考頻率指標要求高的場(chǎng)景，高性能的晶振本身成本就高，往往功耗也比較高，電源部分的處理會(huì )進(jìn)一步增加方案成本。另外布局靈活的同時(shí)，也會(huì )占用更大的PCB板空間。
圖3：多個(gè)晶振解決方案
方案3：一個(gè)晶振加上一個(gè)時(shí)鐘緩沖器（Buffer）芯片，這也是最常用的方案。通過(guò)Buffer的頻率復制功能，可以做到點(diǎn)到點(diǎn)的拓撲結構，很好的解決信號完整性問(wèn)題，做到最佳性?xún)r(jià)比。
圖4：晶振和Buffer解決方案
典型應用二：時(shí)鐘信號格式轉換
除了時(shí)鐘信號復制外，還有很多時(shí)鐘Buffer同時(shí)具有時(shí)鐘信號的格式轉換功能，就是將一種格式的輸入時(shí)鐘信號轉換成另外一種格式的輸出。
下圖是兩款具有這種功能的Buffer功能框圖，輸入可以選擇3路中的任意一路，其中輸入口0和1支持的信號格式可以是LVPECL、LVDS、HCSL、SSTL、LVCMOS、LVTTL中的任意一種，而OSC輸入口則支持無(wú)源晶體輸入。INS6110可以將任意一種類(lèi)型的輸入時(shí)鐘信號轉換為10路LVCMOS單端輸出時(shí)鐘信號，而INS6310則可以輸出2 個(gè)Bank共計10路差分時(shí)鐘和1路LVCMOS單端時(shí)鐘。差分輸出時(shí)鐘類(lèi)型可以通過(guò)OTYPEA【1:0】及OTYPB【1:0】分別單獨配置，選擇LVPECL、LVDS、HCSL或高阻狀態(tài)。
INS6110功能框圖
圖5：?jiǎn)味溯敵鯞uffer功能框圖
INS6310功能框圖
圖6：差分輸出Buffer功能框圖
在數據中心、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )監控設備等應用中，很多芯片之間都通過(guò)PCIe接口通信，比如CPU、 PCIe交換芯片、PCIe擴展卡、Wifi 控制器、GE口等，都是通過(guò)PCIe口來(lái)傳輸高速數據，系統中需要多個(gè)HCSL格式的100M的參考時(shí)鐘，而市場(chǎng)上沒(méi)有直接出HCSL信號的晶振，這時(shí)可以用100M LVDS或LVPECL輸出的晶振，通過(guò)Buffer轉換為100M HCSL時(shí)鐘信號格式來(lái)滿(mǎn)足應用。
圖7：時(shí)鐘信號格式轉換
典型應用三：時(shí)鐘信號電平轉換
在圖5、圖6中，大家可能已經(jīng)注意到了它們都有VDD，VDDOA，VDDOB等多種電源，這里的VDD是核心電壓，也是輸入時(shí)鐘信號的電壓，而VDDOX則是輸出信號電壓，VDDOX電壓可以不同于VDD，比如VDD是3.3V，而VDD可以選擇3.3V、2.5V、1.8V等多種電壓輸出，這就是時(shí)鐘Buffer的第三種典型應用，即時(shí)鐘信號的電平轉換。在已有頻率源和實(shí)際芯片要求的參考頻率電平不一樣時(shí)，可以通過(guò)時(shí)鐘Buffer來(lái)實(shí)現時(shí)鐘信號的電平轉換。
以上幾個(gè)案例可以看到：時(shí)鐘緩沖器（Buffer）與晶體或晶振是密不可分的。單獨的時(shí)鐘Buffer本身無(wú)法產(chǎn)生頻率源，它可以將晶體或晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘信號進(jìn)行復制、格式轉換及電平轉換。在需要這些功能的應用場(chǎng)景，選擇合適的時(shí)鐘Buffer可以極大的優(yōu)化系統時(shí)鐘方案和性?xún)r(jià)比。
大普通信在時(shí)頻領(lǐng)域深耕近20年，專(zhuān)注于高穩時(shí)鐘的研發(fā)，目前產(chǎn)品包括Timing Server、Clock Module、OCXO、TCXO、SPXO、Crystal等系列，符合國際時(shí)鐘等級標準GR-1244-Core 1~4級，性能指標處于行業(yè)領(lǐng)先水平。
因為對時(shí)鐘信號有深刻的理解，大普在Buffer設計上有先天優(yōu)勢，可以將時(shí)鐘源和Buffer特性完美匹配，輸出超低抖動(dòng)的時(shí)鐘信號。大普已推出多款單端和差分輸出Buffer，目前還有更多的芯片在研發(fā)的路上，即將面市，多系列的高穩時(shí)鐘和Buffer產(chǎn)品，及其它時(shí)鐘芯片，可以為客戶(hù)提供“一站式”的、最優(yōu)匹配的解決方案。
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