LMH2190：一款高性能四通道时钟树驱动器的深度剖析

在当今的电子设备中，时钟信号的稳定与准确传输至关重要。对于移动手机、PDA和便携式设备等应用，对时钟驱动器的性能、尺寸和功耗都提出了极高的要求。TI公司的LMH2190四通道可配置时钟树驱动器，正是为满足这些需求而设计的一款优秀产品。

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一、产品概述

LMH2190是一款四通道可配置时钟树驱动器，它能为移动手机或其他应用中的外设提供数字系统时钟。该产品有效解决了诸如扇出驱动能力有限、主时钟受负载变化和频率牵引影响、来自嘈杂模块的隔离缓冲以及串扰隔离等时钟问题。其极低的相位噪声特性，使其能够驱动如无线局域网和蓝牙等对时钟信号敏感的模块。

二、关键特性亮点

2.1 灵活的时钟输入输出

• 单输入四输出：支持一个输入时钟和四个输出时钟，且输入既可以是方波也可以是正弦波，输出为1.8V方波时钟。
• 独立时钟请求：每个时钟输出都有独立的时钟请求引脚，允许外设控制时钟的启用，大大增强了时钟控制的灵活性。
• 输出驱动能力：输出驱动能力可达50pF，能够满足多种外设的负载需求。

2.2 出色的隔离与低噪声性能

• 电源噪声隔离：对电源噪声具有高隔离性，有效减少电源噪声对时钟输入的干扰。
• 输出间隔离：输出之间具有高隔离性，降低了输出之间的串扰。
• 低噪声LDO：集成了1.8V低压差稳压器（LDO），具有低输出噪声电压和10mA的负载电流能力，为时钟源和时钟输出提供稳定的低噪声电源。

2.3 EMI控制与低功耗设计

• EMI控制：通过配置输出驱动和偏斜设置，可控制EMI开关噪声，减少电磁干扰。
• 低功耗：具有超低待机电流，VBAT范围为2.5V至5.5V，非常适合便携式应用。

2.4 I2C可配置性

支持高达400kHz（快速模式）的I2C配置，可对设备的许多特性进行重新配置，以优化设备性能。

三、电气特性详解

3.1 供电电流

在不同工作模式下，LMH2190的供电电流表现不同。例如，在时钟输出以26MHz切换且CLK1/2/3/4无外部电容、LDO开启、I_OUT = 0mA时，有源供电电流为3mA；在关机模式下，关机供电电流低至0.1 - 1μA。

3.2 时钟输出特性

• 传播延迟：SCLK_IN到CLK1的低到高传播延迟为6.5 - 10ns，高到低传播延迟为7.5 - 11ns。
• 输出偏斜：输出之间的偏斜在一定范围内，如CLK1到CLK2的偏斜为3 - 8.5ns。
• 上升和下降时间：在负载电容为10pF至50pF时，上升时间为3 - 6ns，下降时间为2.5 - 5ns。
• 占空比：输出时钟占空比为42 - 58%。

3.3 相位噪声

不同时钟输出的附加RMS周期抖动不同，CLK1为100fs，CLK2为240fs，CLK3为330fs，CLK4为400fs。在不同频率偏移下，各时钟输出的附加相位噪声也有相应的指标。

3.4 LDO特性

• 输出电压：输出电压在1.78 - 1.82V之间，具有良好的稳定性。
• 负载电流：能够提供最大10mA的负载电流。
• 电源抑制比（PSRR）：在不同频率下，PSRR表现良好，如在100Hz时为93dB，在1MHz时为42dB。
• 输出噪声电压：在10Hz至100kHz带宽内，输出噪声电压为10μVRMS。

四、工作原理剖析

4.1 时钟树驱动模块

该模块由一个输入驱动四个输出，由高精度的1.8V LDO供电。输入和输出可通过I²C编程进行多种配置。输入有DC和AC耦合两种模式，DC耦合模式下时钟输入范围为32kHz至27MHz，要求输入为方波；AC耦合模式下时钟输入范围为13MHz至27MHz，假设输入为正弦波。输出驱动强度可根据负载电容分4档选择，还可通过I²C接口选择两种降低EMI的方法。

4.2 时钟请求逻辑模块

• 时钟请求输入：每个时钟输出都有独立的时钟请求输入，允许外设控制时钟的启用。输入可配置为高电平或低电平有效，为防止CLK输出出现毛刺，输出的启用是同步进行的。
• 系统时钟请求输出：在典型工作模式下，若4个CLK_REQ输入中有一个为高，则时钟请求输出将被启用。可通过I2C接口覆盖默认设置，控制输出极性和输出类型（推挽、开漏或开源）。

4.3 低压差稳压器（LDO）模块

LDO用于调节输入电压VBAT，生成准确的1.8V电源电压，抑制电源电压纹波。在默认模式下，当一个或多个时钟请求输入为高时，LDO上电。LDO包含热过热检测功能，若过热，LMH2190（除寄存器逻辑外）将关闭，并在I2C状态寄存器中设置状态位。

4.4 I2C控制逻辑模块

LMH2190可通过I2C主机设备进行控制，I2C地址为38h。可通过I2C接口对设备的许多特性进行重新配置，如设置时钟请求输入和输出的极性、时钟输出的驱动强度等。I2C通信遵循READ/WRITE结构和传输协议，在数据传输过程中有严格的时序要求。

五、应用信息与建议

5.1 典型应用场景

LMH2190适用于移动手机、PDA和便携式设备等，可为蓝牙、无线局域网和数字视频广播 - H（DVB - H）等外设提供稳定的时钟信号。

5.2 布局建议

在电路板布局时，需特别注意输入时钟走线（SCLK_IN）和输出走线（CLK1/2/3/4）应尽可能短，以减少时钟输出所观察到的电容负载。同时，在设备附近进行适当的去耦，建议在VBAT和V_OUT上靠近设备处使用100nF的电容，以及在µF范围内的电容，电容的等效串联电阻（ESR）应足够低。

六、总结

LMH2190凭借其灵活的时钟输入输出配置、出色的隔离与低噪声性能、EMI控制能力以及I2C可配置性等特点，成为移动和便携式应用中时钟驱动的理想选择。电子工程师在设计相关产品时，可充分利用LMH2190的这些特性，提高产品的时钟性能和稳定性。同时，在实际应用中，需严格按照布局建议进行电路板设计，以确保设备发挥最佳性能。大家在使用LMH2190的过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。