深入解析CDCE937-Q1与CDCEL937-Q1可编程时钟合成器

在电子设备飞速发展的今天，时钟合成器作为关键组件，对于确保设备的稳定运行和高性能表现起着至关重要的作用。本文将深入剖析德州仪器（TI）的CDCE937-Q1和CDCEL937-Q1可编程时钟合成器，为电子工程师们提供全面的技术参考。

文件下载：CDCE937QPWRQ1.pdf

一、产品概述

CDCE937-Q1和CDCEL937-Q1是基于模块化锁相环（PLL）的低成本、高性能可编程时钟合成器、乘法器和除法器。它们能够从单个输入频率生成多达7个输出时钟，每个输出都可以在系统内编程，实现高达230 MHz的任意时钟频率。这种灵活性使得它们在各种应用场景中都能发挥出色的性能。

二、产品特性

2.1 汽车应用资质

这两款器件均符合汽车应用标准，通过了AEC-Q100认证。具体表现为：

• 器件温度等级1，环境工作温度范围为 -40°C至125°C，能够在恶劣的汽车环境中稳定工作。
• 人体模型（HBM）静电放电（ESD）分类等级为2，带电设备模型（CDM）ESD分类等级为C4B，具备良好的静电防护能力。

2.2 系统内可编程和EEPROM

支持串行可编程的易失性寄存器和非易失性EEPROM，可存储客户设置。这使得用户可以根据具体需求对设备进行灵活配置，并且在断电后仍能保留设置。

2.3 灵活的输入时钟概念

• 支持8 MHz至32 MHz的外部晶体输入，为时钟源提供了多种选择。
• 片上VCXO（压控晶体振荡器）的拉范围为 ±150 ppm，能够实现精确的频率调整。
• 单端LVCMOS输入频率最高可达160 MHz，满足不同的输入信号要求。

2.4 自由可选的输出频率

输出频率最高可达230 MHz，并且可以自由选择，为不同的应用场景提供了广泛的频率范围。

2.5 低噪声PLL核心

• 集成了PLL环路滤波器组件，有效降低了噪声干扰。
• 低周期抖动（典型值为60 ps），确保了时钟信号的稳定性和准确性。

2.6 独立的输出电源引脚

• CDCE937-Q1的输出电源引脚支持3.3 V和2.5 V，CDCEL937-Q1支持1.8 V，满足不同的电源需求。

2.7 灵活的时钟驱动器

三个用户可定义的控制输入（S0/S1/S2），可用于选择扩频时钟（SSC）、切换频率、启用输出或进行电源管理等操作。

2.8 生成高精度时钟

能够为视频、音频、USB、IEEE1394、RFID、蓝牙、WLAN、以太网和GPS等应用生成高精度时钟，同时也能生成与TI-DaVinci、OMAP、DSP等设备常用的通用时钟频率。

2.9 可编程SSC调制

支持可编程的SSC调制，能够实现中心扩展或向下扩展时钟，有效降低电磁干扰（EMI），帮助客户满足行业标准，如CISPR-25。

2.10 宽温度范围和封装

工作在1.8 V电源环境下，温度范围为 -40°C至125°C，采用TSSOP封装，便于安装和使用。

2.11 开发和编程套件

提供TI Pro-Clock™开发和编程套件，方便工程师进行PLL设计和编程，提高开发效率。

三、应用领域

3.1 汽车领域

• 仪表盘集群：为仪表盘提供精确的时钟信号，确保各种仪表的准确显示。
• 车载主机：满足主机对不同时钟频率的需求，保障音频、视频等功能的正常运行。
• 导航系统：提供稳定的时钟信号，保证导航系统的精确性和可靠性。
• 高级驾驶辅助系统（ADAS）：在ADAS系统中，高精度的时钟信号对于传感器数据的采集和处理至关重要，确保系统能够及时准确地做出决策。

四、产品详细描述

4.1 功能模块

• 输入模块：接受外部晶体或LVCMOS时钟信号。如果使用外部晶体，片上负载电容在大多数应用中已经足够，其值可在0 pF至20 pF之间编程。此外，片上VCXO可选择同步输出频率到外部控制信号（如PWM信号）。
• PLL模块：三个独立的可配置PLL，支持SSC调制，能够根据PLL频率和分频器设置自动调整内部环路滤波器组件，以实现高稳定性和优化的抖动传输特性。
• 输出模块：可生成多达7个输出时钟，每个输出都可以独立编程，实现不同的频率和状态控制。

4.2 控制终端设置

• 三个用户可定义的控制终端（S0、S1和S2）允许外部控制设备设置，包括扩频时钟选择、频率选择、输出状态选择等。用户可以预定义多达8种不同的控制设置。
• S1/SDA和S2/SCL引脚具有双重功能，默认配置为SDA和SCL用于串行接口，也可以通过设置EEPROM将其编程为控制引脚。

4.3 默认设备设置

内部EEPROM预配置为默认设置，输入频率直接通过到输出。在电源供应、掉电或上电序列后，设备将以默认模式运行，直到用户重新编程为不同的应用配置。

4.4 设备功能模式

• SDA和SCL串行接口：作为2线串行SDA和SCL总线的从设备，兼容SMBus或I2C规范，支持标准模式（最高100 kbit/s）和快速模式（最高400 kbit/s）传输，并支持7位寻址。
• 编程功能：支持字节写入、字节读取、块写入和块读取操作。用户可以通过SDA和SCL总线对设备进行编程，也可以使用TI Pro-Clock软件进行快速设置和自动计算。

五、规格参数

5.1 绝对最大额定值

• 电源电压范围为 -0.5 V至2.5 V。
• 输入电压范围为 -0.5 V至VDD + 0.5 V。
• 输出电压范围为 -0.5 V至Vddout + 0.5 V。
• 输入电流最大为20 mA，连续输出电流最大为50 mA。
• 存储温度范围为 -65°C至150°C。

5.2 ESD额定值

• 人体模型（HBM）ESD为 ±2000 V。
• 带电设备模型（CDM）ESD：所有引脚为 ±500 V，角引脚为 ±750 V。

5.3 推荐工作条件

• 设备电源电压为1.7 V至1.9 V。
• 输出电压：CDCE937-Q1为2.3 V至3.6 V，CDCEL937-Q1为1.7 V至1.9 V。
• 输入电压和输出电流等参数也有明确的推荐范围。

5.4 热信息

给出了不同气流条件下的热阻参数，如结到环境的热阻（RθJA）、结到外壳（顶部）的热阻（RθJC(top)）等，帮助工程师进行散热设计。

5.5 电气特性

• 包括电源电流、输出电源电流、功耗电流、VCO频率范围、LVCMOS输出频率等参数，以及不同电压下的LVCMOS输入和输出特性。
• 抖动和输出偏斜等参数也有详细的规定，确保时钟信号的质量。

5.6 时序要求

对CLK_IN和SDA、SCL的时钟频率、上升和下降时间、占空比等时序参数进行了规定，保证设备的正常工作。

六、应用与实现

6.1 应用信息

CDCE937-Q1可作为晶体缓冲器、时钟合成器使用，具有片上环路滤波器和扩频调制功能。用户可以通过I2C接口进行编程，也可以从片上EEPROM加载之前保存的设置。S0、S1和S2引脚可作为控制引脚，选择各种输出设置。

6.2 典型应用

以信息娱乐系统为例，展示了CDCE937-Q1在单芯片解决方案中生成时钟频率的应用。在设计过程中，需要考虑SSC调制参数、PLL乘法器和除法器的定义、晶体振荡器的启动时间、频率调整、未使用的输入和输出处理以及XO和VCXO模式的切换等问题。

七、电源供应建议

• 上电顺序没有限制，但如果先施加VDDOUT，建议将VDD接地，以避免VDDOUT引脚出现高电流。
• 设备具有上电控制功能，连接到1.8 V电源，确保在1.8 V电源达到足够电压水平之前，整个设备保持禁用状态。

八、布局建议

8.1 布局指南

• 作为晶体缓冲器使用时，晶体单元应尽可能靠近设备放置，确保晶体端子到Xin和Xout的布线长度相同，以减少寄生效应。
• 在晶体和布线区域下方，应避免布线其他信号线，以防止噪声耦合。
• 根据晶体的负载电容要求，可能需要添加额外的离散电容，这些电容应尽可能靠近设备并对称放置。

8.2 布局示例

提供了CDCE937-Q1的布局示例，展示了电源旁路电容的推荐放置位置，以及如何保持旁路电容与设备电源之间的连接最短，并通过低阻抗连接接地。

九、设备和文档支持

9.1 文档支持

提供了相关的文档，如编程评估模块、VCXO应用指南、I2C/EEPROM使用说明等，帮助工程师更好地了解和使用设备。

9.2 相关链接

提供了快速访问技术文档、支持和社区资源、工具和软件以及样品购买的链接。

9.3 文档更新通知

用户可以在ti.com上注册，接收文档更新的每周摘要通知。

9.4 社区资源

提供了TI E2E™在线社区和设计支持的链接，方便工程师与同行交流和获取技术支持。

9.5 商标说明

介绍了相关的商标信息，如DaVinci、OMAP、Pro-Clock等为德州仪器的商标，Bluetooth为Bluetooth SIG的商标等。

9.6 静电放电注意事项

由于这些设备的内置ESD保护有限，在存储或处理时应将引脚短路或放置在导电泡沫中，以防止静电损坏MOS栅极。

9.7 术语表

提供了相关术语、首字母缩写词和定义的解释，帮助工程师更好地理解文档内容。

十、机械、封装和可订购信息

详细介绍了CDCE937-Q1和CDCEL937-Q1的封装信息，包括封装类型、引脚数量、生态计划、引脚涂层/球材料、MSL峰值温度、工作温度、设备标记等。同时，还提供了磁带和卷轴信息、封装材料信息、封装轮廓图、示例电路板布局、示例模板设计和焊盘图案数据等，为工程师在实际应用中选择合适的封装和进行布局设计提供了详细的参考。

CDCE937-Q1和CDCEL937-Q1可编程时钟合成器凭借其丰富的特性、广泛的应用领域和详细的技术支持，为电子工程师在设计高性能时钟系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，充分利用这些特性，实现稳定、高效的时钟解决方案。大家在使用过程中是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。