深入解析 CDC421Axxx：高性能低抖动时钟发生器

在电子设计领域，时钟发生器的性能对于整个系统的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。今天，我们就来深入了解一款由德州仪器（TI）推出的高性能低抖动时钟发生器——CDC421Axxx。

文件下载：cdc421a106.pdf

一、产品概述

CDC421Axxx 是一款高度集成的固定频率、低抖动晶体振荡器时钟发生器，它结合了晶体振荡器电路和集成频率合成器，能够提供稳定且精确的时钟信号。该产品适用于多种应用场景，尤其在对时钟信号质量要求较高的场合表现出色。

二、产品特性

1. 电源与性能

• 单 3.3V 电源：仅需单一的 3.3V 电源供电，简化了电源设计，降低了系统成本。
• 高性能时钟生成：集成了低噪声、基于 LC 的压控振荡器（VCO），工作频率范围为 1.75 GHz 至 2.35 GHz，能够产生高质量的时钟信号。

  2. 低抖动与低相位噪声

• 低输出抖动：RMS 抖动低至 380 fs（在 10 kHz 至 20 MHz 范围内积分），确保了时钟信号的稳定性和准确性。
• 低相位噪声：在 312.5 MHz 时，10 kHz 偏移处相位噪声小于 -120 dBc/Hz，10 MHz 偏移处小于 -147 dBc/Hz，有效减少了信号干扰。

  3. 输入与输出灵活性

• 支持多种输入频率：支持 31.25 MHz、33.33 MHz 和 35.42 MHz 的晶体或 LVCMOS 输入频率。
• 丰富的输出频率：提供 100 MHz、106.25 MHz、125 MHz、156.25 MHz、212.5 MHz、250 MHz 和 312.5 MHz 等多种输出频率选择。
• 差分 LVPECL 输出：采用差分低电压正发射极耦合逻辑（LVPECL）输出，具有高速、低噪声的特点。

  4. 其他特性

• 低功耗：典型功耗仅为 300 mW，有助于降低系统功耗。
• 芯片使能控制引脚：通过 CE 引脚可以方便地控制芯片的开启和关闭。
• ESD 保护：ESD 保护超过 2 kV（HBM），提高了芯片的可靠性。
• 宽温度范围：工业温度范围为 -40°C 至 +85°C，适用于各种恶劣环境。

三、应用场景

CDC421Axxx 可作为低成本、低抖动的频率倍增器，广泛应用于通信、数据处理、工业控制等领域，为系统提供稳定可靠的时钟信号。

四、技术参数

1. 绝对最大额定值

参数	CDC421Axxx	单位
电源电压（Vcc）	-0.5 至 4.6	V
其他输入引脚电压范围（V1）	-0.5 至 Vcc + 0.5	V
LVPECL 输出电流（lo）	-50	mA
静电放电（ESD，HBM）	2	kV
自由空气温度范围（TA）	-40 至 +85	°C
最大结温（TJ）	+125	°C
存储温度范围（TSTG）	-65 至 +150	°C

2. 推荐工作条件

参数	最小值	标称值	最大值	单位
电源电压（Vcc）	3.0	3.30	3.60	V
环境温度（TA）	-40		+85	°C

3. 电气特性

• 电源相关：电源电压范围为 3.00 V 至 3.60 V，典型值为 3.30 V；总电流最大值为 110 mA。
• LVPECL 输出：输出频率范围为 100 MHz 至 312.5 MHz；高电平输出电压为 VCC - 1.20 V 至 VCC - 0.81 V，低电平输出电压为 VCC - 2.17 V 至 VCC - 1.36 V；差分输出电压为 407 mV 至 1076 mV；输出上升时间和下降时间典型值为 230 ps；输出波形占空比为 45% 至 55%；RMS 抖动最大值为 1 ps。
• LVCMOS 输入：低电平 CMOS 输入电压最大值为 0.3 × VCC，高电平 CMOS 输入电压最小值为 0.7 × VCC；低电平输入电流最大值为 -200 μA，高电平输入电流最大值为 200 μA。

五、封装与引脚说明

1. 封装形式

CDC421Axxx 采用 4 mm × 4 mm 的 QFN - 24 封装，具有良好的散热性能和较小的体积，适合高密度电路板设计。

2. 引脚说明

引脚名称	引脚编号	类型	ESD 保护	描述
VCC	16, 17	电源	有	3.3V 电源供电
GND	8, 9	接地	有	接地引脚
XIN1	21	输入	有	晶体输入模式下连接晶体一端，LVCMOS 单端驱动模式下作为输入参考
XIN2	22	输入	无	晶体输入模式下连接晶体另一端，LVCMOS 单端驱动模式下接地
CE	1	输入	有	芯片使能引脚，高电平使能，低电平禁用
OUTP	10	输出	有	高速正差分 LVPECL 输出
OUTN	7	输出	有	高速负差分 LVPECL 输出
NC	2 - 6, 11 - 15, 18 - 20, 23, 24	-	有	TI 测试引脚，不连接，浮空

六、抖动特性

在输入时钟模式下，通过 LVCMOS 输入信号驱动 CDC421Axxx 进行抖动特性测试。当输入频率为 31.25 MHz、33.33 MHz 和 35.4167 MHz 时，对不同输出频率下的单边带（SSB）相位噪声进行了测量，具体数据如下：	输入频率（MHz）	输出频率（MHz）	100 Hz 相位噪声（dBc/Hz）	1 kHz 相位噪声（dBc/Hz）	10 kHz 相位噪声（dBc/Hz）	100 kHz 相位噪声（dBc/Hz）	1 MHz 相位噪声（dBc/Hz）	10 MHz 相位噪声（dBc/Hz）	20 MHz 相位噪声（dBc/Hz）	RMS 抖动（fs）	总抖动（ps）	确定性抖动（ps）
33.3333	100.00	-111	-121	-131	-133	-142	-149	-149	507	35.33	11.54
35.4167	106.25	-112	-121	-125	-129	-142	-151	-151	530	30.39	11
31.2500	125.00	-108	-118	-127	-130	-139	-147	-147	529	47.47	25.2
31.2500	156.25	-106	-117	-126	-128	-139	-147	-147	472	31.54	9.12
35.4167	212.50	-105	-115	-119	-123	-135	-148	-148	512	33.96	13.78
31.2500	250.00	-105	-112	-121	-124	-134	-148	-149	420	36.98	18.52
31.2500	312.50	-102	-111	-120	-123	-135	-147	-147	378	29.82	11

从这些数据中我们可以看出，CDC421Axxx 在不同输入输出频率组合下都能保持较低的相位噪声和抖动，为系统提供了稳定的时钟信号。

七、选型与订购信息

CDC421Axxx 提供了多种可选型号，不同型号对应不同的输入输出频率组合，具体如下：	产品型号	输入频率或晶体值（MHz）	指定输入频率下的输出频率（MHz）	封装 - 引脚	封装标记	订购信息	运输介质及数量
CDC421A100	33.3333	100.00	QFN - 24	421A100	CDC421A100RGET	卷带包装，250 个
CDC421A100RGER						卷带包装，2500 个
CDC421A106	35.4167	106.25	QFN - 24	421A106	CDC421A106RGET	卷带包装，250 个
CDC421A106RGER						卷带包装，2500 个
CDC421A125	31.2500	125.00	QFN - 24	421A125	CDC421A125RGET	卷带包装，250 个
CDC421A125RGER						卷带包装，2500 个
CDC421A156	31.2500	156.25	QFN - 24	421A156	CDC421A156RGET	卷带包装，250 个
CDC421A156RGER						卷带包装，2500 个
CDC421A212	35.4167	212.50	QFN - 24	421A212	CDC421A212RGET	卷带包装，250 个
CDC421A212RGER						卷带包装，2500 个
CDC421A250	31.2500	250.00	QFN - 24	421A250	CDC421A250RGET	卷带包装，250 个
CDC421A250RGER						卷带包装，2500 个
CDC421A312	31.2500	312.50	QFN - 24	421A312	CDC421A312RGET	卷带包装，250 个
CDC421A312RGER						卷带包装，2500 个

工程师在选型时，可以根据实际应用需求选择合适的输入输出频率和封装形式。

八、总结

CDC421Axxx 作为一款高性能的时钟发生器，凭借其低抖动、低相位噪声、宽输入输出频率范围等特性，为电子系统的设计提供了可靠的时钟解决方案。在实际应用中，工程师可以根据具体需求合理选择型号，并注意遵循推荐的工作条件和安装要求，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中是否遇到过类似时钟发生器的选型和应用问题呢？欢迎在评论区分享交流。