探索DS1087L：3.3V扩频EconOscillator的卓越性能与应用

在电子设计领域，时钟发生器是许多系统中不可或缺的组件。今天，我们要深入探讨DALLAS SEMICONDUCTOR（现属MAXIM）的DS1087L 3.3V扩频EconOscillator，它在众多应用中展现出了独特的优势。

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一、概述

DS1087L是一款时钟发生器，能够产生频率范围从130kHz到66.6MHz的扩频（抖动）方波输出。该器件在出厂时已针对特定频率和扩频百分比进行编程，用户还可通过2线编程接口访问内部频率分频器、选择2%或4%的抖动输出以及设置可编程输出掉电/禁用模式。所有设备设置都存储在非易失性（NV）EEPROM中，使其能够在独立应用中运行。此外，DS1087L还具备掉电和输出使能控制引脚，适用于对功耗敏感的应用。

二、应用领域

DS1087L的应用范围广泛，涵盖了打印机、复印机、个人电脑、计算机外设、手机和电缆调制解调器等领域。这些应用场景对时钟信号的稳定性和电磁干扰（EMI）抑制有较高要求，而DS1087L正好能够满足这些需求。

三、特性亮点

1. 工厂编程方波发生器

DS1087L提供从130kHz到66.6MHz的方波输出，无需外部定时组件，大大简化了设计过程。同时，它还能有效降低EMI，提高系统的电磁兼容性。

2. 宽电源电压范围

支持2.7V至3.6V的电源电压，用户可通过分频器将频率编程至低至130kHz（具体取决于主振荡器频率）。

3. 可选抖动输出

提供2%或4%的可选抖动输出，用户可根据实际需求进行选择，以进一步降低EMI。

4. 无毛刺输出使能控制

确保输出信号的稳定性，避免在输出使能时出现毛刺，提高系统的可靠性。

5. 2线串行接口

方便用户进行编程和配置，实现对设备的灵活控制。

6. 非易失性设置

设备设置存储在EEPROM中，即使断电也能保留，无需重新配置。

7. 掉电模式和可编程输出掉电/禁用模式

可有效降低功耗，延长设备的使用寿命，适用于对功耗敏感的应用。

四、订购信息

DS1087L有多种型号可供选择，如DS1087LU - yxx，其工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，采用8SOP（118 mils）封装。同时，还提供定制频率和超过20种标准频率选项，如有需求可联系工厂。

五、电气特性

1. 绝对最大额定值

• VCC相对于地的电压范围为 - 0.5V至 + 6.0V。
• SPRD、PDN、OE、SDA、SCL相对于地的电压范围为 - 0.5V至（VCC + 0.5V），但此电压不得超过6.0V。
• 工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

  2. 推荐直流工作条件

• 电源电压范围为2.7V至3.6V。
• 高电平输入电压（SDA、SCL、SPRD、PDN、OE）为0.7 x VCC至VCC + 0.3V。
• 低电平输入电压（SDA、SCL、SPRD、PDN、OE）为 - 0.3V至0.3 x VCC。

  3. 直流电气特性

• 高电平输出电压（OUT）在I OH = - 4mA、VCC = min时为2.4V。
• 低电平输出电压（OUT）在I OL = 4mA时最大为0.4V。
• 低电平输出电压（SDA）在3mA灌电流时为0至0.4V，在6mA灌电流时为0至0.6V。
• 高电平输入电流在VCC = 3.6V时最大为1µA。
• 低电平输入电流在VIL = 0时为 - 1µA。
• 有源电源电流（I CC）在CL = 15pF（输出频率为f0）时最大为15mA。
• 待机电流（I CCQ）在掉电模式下最大为5µA。

  4. 主振荡器特性

• 主振荡器频率范围为33.3MHz至66.6MHz。
• 主振荡器频率容差在Vcc = 3.3V、TA = + 25°C时为 - 0.5%至 + 0.5%。
• 电压频率变化在电压范围内、TA = + 25°C时为 - 0.75%至 + 0.75%。
• 温度频率变化在0°C至 + 70°C、Vcc = 3.3V时为 - 0.5%至 + 0.5%，在 - 40°C至 + 85°C、Vc = 3.3V时为 - 1.5%至 + 0.5%。
• 抖动频率范围在预分频器位J0 = 1时为2%，J0 = 0时为4%。
• 抖动速率为f0/4096 Hz。

  5. 交流电气特性

• 预分频器更改后频率稳定时间为1个周期。
• 上电时间（t POR + t STAB）为0.1至0.5ms。
• 退出掉电模式后OUT使能时间为500µs。
• 进入掉电模式后OUT禁用时间为1ms。
• 负载电容范围为15至50pF。
• 输出占空比（OUT）在TA = + 25°C时为45%至55%。

  6. 2线接口交流电气特性

• SCL时钟频率在快速模式下最大为400kHz，标准模式下为100kHz。
• 停止和启动条件之间的总线空闲时间在快速模式下为1.3µs，标准模式下为4.7µs。
• 重复启动的保持时间在快速模式下为0.6µs，标准模式下为4.0µs。
• SCL的低电平周期在快速模式下为1.3µs，高电平周期在快速模式下为0.6µs，标准模式下为4.0µs。
• 重复启动的建立时间在快速模式下为0.6µs，标准模式下为4.7µs。
• 数据保持时间在快速模式和标准模式下均为0至0.9µs。
• 数据建立时间在快速模式下为100ns，标准模式下为250ns。
• SDA和SCL信号的上升时间和下降时间在快速模式下为20 + 0.1CB至300ns，标准模式下为20 + 0.1CB至1000ns。
• 停止条件的建立时间在快速模式下为0.6µs，标准模式下为4.0µs。
• 每条总线的电容负载最大为400pF。
• NV写周期时间为10ms。
• 输入电容为5pF。

六、详细描述

1. 输出频率

内部主振荡器可产生频率范围为33.3MHz至66.6MHz的方波。主振荡器频率和输出频率在出厂时已编程，用户可使用可编程分频器将主振荡器频率除以2x（x取值为0至8）。

2. 输出控制和掉电

通过两个用户控制信号（OE和PDN）控制输出。OE引脚用于使能时钟输出缓冲器，PDN引脚用于禁用主振荡器并关闭输出，适用于对功耗敏感的应用。上电时，输出在电源稳定且主振荡器产生512个时钟周期之前处于禁用状态。

3. 扩频功能

DS1087L可降低辐射发射峰值，输出频率可在编程频率的基础上抖动2%或4%。抖动由PRESCALER寄存器中的J0位控制，并通过SPRD引脚使能。当预分频器设置为1时，可实现最大频谱衰减，预分频器每增加2倍，频谱衰减降低2.7dB。

七、寄存器总结

DS1087L的寄存器用于更改抖动量、输出频率和从地址。主要寄存器包括：

1. PRESCALER寄存器

• 位5：输出低电平或高阻态控制。
• 位4：抖动控制，J0位为高时选择2%峰值抖动，为低时选择4%峰值抖动。
• 位3至0：预分频器分频，可将主振荡器频率除以2x（x取值为0至8）。

  2. ADDR寄存器

• 位3：写控制，决定在寄存器内容更改后是否写入EEPROM。
• 位2至0：地址，确定2线从地址的低半字节。

  3. WRITE EE命令

  在闭环应用中，当寄存器频繁写入时，可将WC位设置为1，以防止EEPROM磨损。收到WRITE EE命令后，寄存器内容将被复制到EEPROM中，锁定寄存器设置。

八、2线串行端口操作

DS1087L通过2线串行接口进行通信，遵循特定的总线协议。数据传输只能在总线不忙时启动，在时钟线为高电平时，数据线必须保持稳定。定义了标准模式（100kHz时钟速率）和快速模式（400kHz时钟速率），DS1087L可在两种模式下工作。每个接收设备在接收到字节后必须产生一个确认位，主设备必须生成一个与该确认位相关的额外时钟脉冲。

九、应用信息

1. 电源去耦

为获得最佳性能，建议使用0.01uF和0.1uF的高质量陶瓷表面贴装电容对电源进行去耦。这些电容应尽可能靠近VCC和GND引脚放置，以减少引线电感，提高高频响应。

2. 独立模式

即使在独立模式下，SCL和SDA也不能浮空。如果DS1087L在生产测试期间不需要在线编程，SDA和SCL可接高电平。

十、典型工作电路

提供了处理器控制模式和独立模式的典型工作电路，用户可根据实际需求进行选择和设计。

DS1087L作为一款功能强大的时钟发生器，在频率范围、扩频功能、功耗控制等方面表现出色，为电子工程师在设计各种应用系统时提供了可靠的选择。你在实际应用中是否遇到过类似的时钟发生器，它们的表现如何呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。