探索 RENESAS RC38208/RC38108：超低相位噪声时钟利器

在当今高速发展的电子领域，对于时钟信号的稳定性和低噪声要求越来越高，特别是在 4G、5G 通信以及高速串行数据传输等应用场景中。RENESAS 的 RC38208/RC38108 时钟发生器和抖动衰减器，凭借其卓越的性能，成为了众多工程师的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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产品概述

RC38208/RC38108 是一款超低相位噪声的抖动衰减器、多频率时钟合成器以及数字控制振荡器（DCO）。它具有高度的灵活性和低功耗特性，能够为 4G 和 5G RF 收发器输出超低带内相位噪声和杂散的时钟信号，同时为 112Gbps 和 224Gbps SerDes 提供抖动低于 25fs - rms 的时钟。

应用领域广泛

LVCMOS 应用

其输出频率范围为 DC 到 250MHz，可用于光学前端 DAC/ADC 和 DSP 的定时、112Gbps 和 224Gbps SerDes 的参考时钟、5G 分布式单元（DU）、交换机和路由器，以及基于精密时间协议（PTP）时钟的高性能 DCO。

强大特性一览

超低相位噪声合成器

抖动低于 25fs RMS（12kHz 到 20MHz，4MHz HPF），能够满足对时钟信号质量要求极高的应用。

多独立域设计

具备两个独立的低相位噪声同步域和四个独立的低相位噪声频率域，提供了更高的灵活性和稳定性。

接口支持

支持 JESD204B/C 标准，方便与其他设备进行接口连接。

时间同步功能

拥有时间数字转换器（TDC）、日时间（TOD）计数器和 PTP 时钟的时间同步模块，确保精确的时间同步。

丰富的时钟输出

8 个时钟输出，带有独立的整数分频器，其中 6 个可配置为 LVDS、HCSL（AC - LVPECL）或 CML，2 个可配置为 LVDS、HCSL（AC - LVPECL）或 LVCMOS。

详细规格剖析

引脚信息

从引脚分配来看，该产品的引脚布局合理，涵盖了电源、时钟输入、时钟输出等多种类型的引脚。例如，VDD_VCO 为 VCO 提供 1.8V 电源，不同的输出引脚如 OUT1、OUT2 等可根据需求配置为不同的输出类型。在输入特性方面，输入电容、上拉电阻和下拉电阻等参数都有明确的规定，这对于设计时的信号完整性至关重要。

绝对最大额定值

明确了电源电压、输入电压、输入电流、输出电流等参数的最大允许值，在使用过程中必须严格遵守这些限制，以确保设备的安全运行。

推荐工作条件

包括最大结温、环境工作温度、电源电压等条件，满足这些条件才能保证设备的性能和可靠性。

热规格

给出了不同情况下的热阻参数，如结到外壳、结到基座、结到空气等，这对于散热设计非常重要。

相位抖动和噪声

APLL、FOD、TOD 和合成相位抖动等参数都有详细的测试数据，同时 APLL 相位噪声也有明确的指标，这些数据是评估产品性能的关键依据。

电源噪声抑制

通过电源抑制比（PSNR）参数，展示了产品对电源噪声的抑制能力，这对于在复杂电源环境下的稳定工作至关重要。

晶体振荡器输入和 APLL 特性

规定了晶体振荡器输入的频率范围、偏置点、电压摆幅等参数，以及 APLL 的工作频率和频率容差等，这些参数对于选择合适的晶体和外部振荡器至关重要。

时钟输入和输出特性

包括时钟输入的差分输入峰值 - 峰值电压、共模电压、输入频率等，以及输出频率、启动时间、相位和频率不确定性、输出到输出偏斜和输入到输出延迟等特性，这些特性直接影响到时钟信号的输出质量。

电源电流

详细列出了不同电源引脚的电流消耗情况，这对于功耗设计和电源管理非常有帮助。

通信接口特性

I2C 总线和 SPI 总线的时序和电气特性都有明确的规定，这对于与其他设备进行通信和控制非常重要。

功能描述深入解读

设备频率参考

产品需要一个满足特定相位噪声、频率精度和稳定性要求的频率参考。可以使用外部晶体谐振器或外部振荡器来实现，不同的实现方式有不同的频率范围要求。选择合适的频率参考对于产品的性能至关重要，需要根据具体应用需求进行选择。

模拟 PLL

内部 APLL 带宽约为 1MHz，能够锁定频率参考并合成特定频率范围的超低相位噪声时钟。它继承了频率参考的频率精度，决定了设备的自由运行频率精度。

整数和分数输出分频器

整数输出分频器（IOD）将输入时钟按可编程的 23 位整数值进行分频，分数输出分频器（FOD）则可以实现整数、有理数和分数分频，具有 1 万亿分之一的频率分辨率。FOD 还可以作为 DCO 工作，抵消 APLL 的数字频率调整。

分频器同步

对于每个 DPLL，反馈分频器与所选的 IOD 同步，确保时钟信号的同步性。通过具体的例子可以更好地理解这种同步机制的工作原理。

数字 PLL

DPLL 可以选择多个时钟输入作为参考，支持 1kHz 到 33MHz 的参考频率，并且可以通过组合总线控制合成器。它有自由运行、获取、正常、保持和无缝切换五种工作状态，每种状态都有其特定的工作方式和应用场景。

参考切换

DPLL 的参考切换可以通过强制选择或自动选择来实现，包括无缝参考切换和对齐参考切换两种方式。无缝参考切换可以忽略新参考和反馈时钟之间的相位差，而对齐参考切换则可以确保输出时钟与参考时钟的相位关系。

参考监控

可以持续监控参考信号的丢失和频率偏移，这对于保证系统的稳定性非常重要。

SYSREF

产品包含 SYSREF 控制器，可以在任何 OUT[10:1] 上输出 SYSREF 信号，并且可以通过 GPIO 或寄存器进行控制。

时间同步

时间同步模块可以实现与外部信号和设备的相位和时间对齐，包括 TOD 和合成模块、TDC 等部分，TDC 的精度优于 100ps。

状态和控制

通过 I2C 或 SPI 接口可以访问控制和状态寄存器，并且可以从内部一次性可编程（OTP）内存或外部 EEPROM 加载配置。

应用信息实用指南

电源考虑

虽然没有电源供应顺序要求，但在某些情况下需要进行软复位或主复位以确保输出分频器同步。可以使用 Renesas IC 工具箱（RICBox）软件工具进行功率和电流消耗计算。

上电复位和复位控制器

上电后，内部上电复位（POR）信号在特定条件下被触发，通过 nMR 引脚可以控制主复位序列的启动。在复位过程中，时钟输出的状态会根据配置发生变化，并且可以通过寄存器和 GPIO 来指示设备的状态。

未使用引脚建议

对于未使用的 CLKIN/nCLKIN 引脚、LVCMOS 控制引脚、LVCMOS 输出引脚和差分输出引脚，都有相应的处理建议，以避免噪声和干扰。

晶体接口过驱动

当对晶体接口进行过驱动时，需要注意 XOUT 引脚的处理和 XIN 输入的电压摆幅、压摆率等参数，同时给出了具体的电路示例。

差分输出端接

可编程差分时钟输出支持 LVDS、HCSL 和 CML 等多种类型，对于不同类型的接收器，可以采用直接耦合或交流耦合的端接方式，并且给出了相应的端接电路示例。

订购信息与注意事项

订购信息

提供了不同型号的订购信息，包括封装描述、载体类型和温度范围等。在选择型号时，需要根据 VCO 频率范围和预编程配置代码等因素进行选择。

注意事项

Renesas 对提供的技术规格、设计资源等进行了免责声明，开发者需要自行负责产品选择、应用设计和测试等工作，并且要确保应用符合相关标准和要求。

总的来说，RENESAS 的 RC38208/RC38108 是一款性能卓越、功能丰富的时钟发生器和抖动衰减器。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，仔细研究其规格和功能，合理进行引脚配置、电源设计、时钟信号处理和通信接口设计等工作，以充分发挥该产品的优势，实现高性能的时钟解决方案。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？或者对于这款产品的应用还有哪些疑问？欢迎在评论区留言讨论。