‌LMK04000系列低噪声时钟抖动清除器技术文档总结

LMK04000系列精密时钟调节器提供低噪声抖动清除、时钟乘法和分配，无需高性能压控晶体振荡器 （VCXO） 模块。LMK04000 系列采用级联 PLLatinum 架构，结合外部晶体和变容二极管，提供低于 200 飞秒 （fs） 的均方根 （RMS） 抖动性能。
*附件：lmk04002.pdf

级联架构由两个高性能锁相环 （PLL）、一个低噪声晶体振荡器电路和一个高性能压控振荡器 （VCO） 组成。第一个 PLL （PLL1） 提供低噪声抖动清除器功能，而第二个 PLL （PLL2） 执行时钟生成。PLL1 可以配置为与外部 VCXO 模块配合使用，或使用带有外部晶体和变容二极管的集成晶体振荡器。当与非常窄的环路带宽一起使用时，PLL1 使用 VCXO 模块或晶体的卓越近相位噪声（偏移低于 50 kHz）来清洁输入时钟。PLL1 的输出用作 PLL2 的清洁输入基准，在那里它锁定集成 VCO。PLL2的环路带宽可以优化，以清除远相位噪声（偏移量高于50 kHz），其中集成VCO的性能优于PLL1中使用的VCXO模块或晶体。

LMK04000系列具有双冗余输入、五个差分输出和可选的上电默认时钟。输入模块配备了信号丢失检测和自动或手动选择参考时钟。每个时钟输出由一个可编程分频器、一个相位同步电路、一个可编程延迟和一个LVDS、LVPECL或LVCMOS输出缓冲器组成。CLKout2上提供了默认启动时钟，可用于为现场可编程门阵列（FPGA）或微控制器提供初始时钟，在系统上电过程中对抖动清除器进行编程。

特性

• 级联 PLLatinum PLL 架构
• PLL1
• 相位检测器速率高达 40 MHz
• 集成低噪声晶体振荡器电路
• 带LOS的双冗余输入参考时钟
• PLL2
• 归一化 [1 Hz] PLL 本底噪声为 -224 dBc/Hz
• 鉴相器速率高达 100 MHz
• 输入倍频器
• 集成低噪声VCO
• 超低RMS抖动性能
• 150 fs RMS 抖动 （12 kHz – 20 MHz）
• 200 fs RMS 抖动 （100 Hz – 20 MHz）
• LVPECL/2VPECL、LVDS和LVCMOS输出
• 支持高达 1080 MHz 的时钟速率
• 上电时默认时钟输出 （CLKout2）
• 五个专用通道分频器和延迟模块
• 引脚兼容系列时钟设备
• 工业温度范围：-40 至 85 °C
• 3.15 V 至 3.45 V 工作电压
• 封装：48 引脚 LLP （7.0 x 7.0 x 0.8 mm）

参数

方框图

‌1. 产品概述‌
LMK04000系列是德州仪器（TI）推出的精密时钟调节器家族，包含LMK04000/01/02/10/11/31/33等型号。该系列采用‌双级联PLLatinum™架构‌，集成低噪声晶体振荡器电路和VCO，专为需要超低抖动时钟的应用设计，典型RMS抖动低至150 fs（12kHz-20MHz带宽）。

‌2. 核心特性‌

• ‌双PLL架构‌
  • PLL1：最高40MHz相位检测率，支持冗余输入参考时钟（带LOS检测）
  • PLL2：224 dBc/Hz归一化噪声基底，最高100MHz相位检测率，集成频率倍增器
• ‌超低抖动性能‌
  • 150 fs RMS（12kHz-20MHz）
  • 200 fs RMS（100Hz-20MHz）
• ‌多格式输出‌
  • 支持LVPECL/2VPECL、LVDS、LVCMOS输出
  • 最高支持1080MHz时钟速率
• ‌工业级可靠性‌
  • 工作温度范围：-40°C至85°C
  • 3.15V-3.45V供电

‌3. 关键应用领域‌

• 数据转换器时钟
• 无线基础设施
• 网络设备（SONET/SDH、DSLAM）
• 医疗/军事/航空航天设备
• 测试测量与视频系统

‌4. 技术亮点‌

• ‌创新架构‌：通过PLL1清洁近端相位噪声（<50kHz），PLL2优化远端相位噪声（>50kHz）
• ‌灵活配置‌：
  • 5个独立可编程分频器+延迟通道
  • 上电默认输出CLKout2（支持FPGA/MCU初始化）
• ‌封装与兼容性‌：48引脚WQFN封装（7x7mm），引脚兼容全系列型号

‌5. 性能参数‌

• ‌VCO调谐范围‌：1185-2160MHz（依型号不同）
• ‌相位噪声‌：
  • 典型值-110dBc/Hz@1kHz（闭环，使用高质量VCXO）
  • -157dBc/Hz@10MHz
• ‌功耗‌：全通道启用时典型435mA

‌6. 设计优势‌

• 无需外部VCXO模块即可实现亚200fs抖动
• 支持晶体振荡器模式（6-20MHz晶体）
• 提供同步引脚（SYNC*）实现多器件相位对齐

该系列通过优化的架构和集成设计，为高速数字系统提供了高性价比的低抖动时钟解决方案。