Skyworks Si5397/96：高性能抖动衰减时钟乘法器的卓越之选

在电子设计领域，时钟信号的稳定性和低抖动特性对于系统的性能至关重要。Skyworks的Si5397/96系列抖动衰减时钟乘法器，凭借其先进的技术和丰富的功能，为工程师们提供了理想的解决方案。本文将深入剖析Si5397/96的特性、功能、电气规格等方面，帮助工程师更好地了解和应用这一产品。

文件下载：SI5397A-A-EVB.pdf

产品概述

Si5397是一款高性能的8输出抖动衰减时钟乘法器，集成了四个任意频率的DSPLL，适用于需要最大集成度和独立定时路径的应用。Si5396则是双DSPLL版本，有4输出或12输出可选。每个DSPLL都可以访问四个输入中的任意一个，并能在设备的任意输出端提供低抖动时钟。

关键特性

频率灵活性

Si5397/96能够从任意输入频率生成任意输出频率，支持多种输入和输出频率范围。差分输入频率范围为8 kHz至750 MHz，LVCMOS输入频率范围为8 kHz至250 MHz；差分输出频率范围为100 Hz至720 MHz，LVCMOS输出频率范围为100 Hz至250 MHz。这种广泛的频率支持使得该产品能够适应各种不同的应用场景。

超低相位抖动

该系列产品具有超低的相位抖动，典型抖动性能为95 fs rms。这一特性对于对时钟信号质量要求极高的应用，如OTN复用器和转发器、高速以太网等，至关重要。

增强的无缝切换

增强的无缝切换功能可以最大程度地减少输出相位瞬变，确保在输入时钟切换时，输出时钟的稳定性。该功能支持低至8 kHz的时钟频率，但为了获得最佳性能，建议使用更高的输入频率。

多DSPLL同步

Si5397有四个DSPLL，Si5396有两个DSPLL，能够同步到多个时域，为复杂系统提供灵活的定时解决方案。

状态监测

具备状态监测功能，可监测输入信号丢失（LOS）、输出频率越界（OOF）和锁相丢失（LOL）等状态，方便工程师实时了解设备的工作状态。

兼容性

与Si5347/46引脚兼容，方便工程师进行升级和替换。

功能描述

工作模式

• 初始化和复位：上电后，设备会进行初始化，从非易失性存储器（NVM）下载默认寄存器值和配置数据。有硬复位和软复位两种方式，硬复位类似于设备上电，将所有寄存器恢复到NVM中存储的值；软复位则绕过NVM下载，用于启动寄存器配置更改。
• 自由运行模式：上电并完成初始化后，所有四个DSPLL会自动进入自由运行模式。此时，输出时钟的频率精度完全取决于外部晶体或参考时钟的频率精度。
• 锁定获取模式：每个DSPLL会独立监测其配置的输入，若有至少一个有效时钟可用，将自动启动锁定获取过程。若启用快速锁定功能，DSPLL将使用快速锁定环路带宽设置获取锁定，锁定完成后切换到DSPLL环路带宽设置。
• 锁定模式：锁定后，DSPLL会生成与所选输入时钟频率和相位锁定的输出时钟，此时晶体频率漂移不会影响输出频率。
• 保持模式：当所选输入时钟无效且没有其他有效输入时钟可供选择时，DSPLL会自动进入保持模式。每个DSPLL使用平均输入时钟频率作为最终保持频率，以最小化输入时钟突然失效时对输出时钟相位和频率的干扰。
• 动态频率调整（FOTF）：Si5397/96支持通过寄存器写入进行动态配置，允许在不影响其他DSPLL生成的时钟的情况下，更改某些特性，如输入/输出频率、PLL带宽、LOL和OOF设置。

输入选择

• 手动输入选择：通过寄存器控制手动选择每个DSPLL的输入。若所选输入没有时钟信号，DSPLL将自动进入保持模式。
• 自动输入选择：配置为该模式时，DSPLL会自动选择具有最高配置优先级的有效输入。所有输入会持续监测信号丢失（LOS）和/或无效频率范围（OOF），只有不触发LOS和OOF监测的输入才能被自动状态机选择用于同步。

输入切换

• 无缝输入切换：防止在两个具有固定相位关系的时钟输入之间切换时，相位偏移传播到输出。只有当两个输入频率锁定时，才能进行无缝切换。
• 频率斜坡输入切换：根据相位频率检测器（Fpfd）的频率和输入频率差异，启用或禁用斜坡输入切换功能。

故障监测

• 输入LOS检测：测量每个输入时钟周期的周期，以检测相位不规则或缺失的时钟边沿。每个输入LOS电路都有可编程的灵敏度，可忽略缺失的边沿或间歇性错误。
• XA/XB LOS检测：确保外部晶体或参考时钟有效。默认情况下，检测到XA/XB LOS时，输出时钟将被禁用，但该功能可以禁用。
• OOF检测：每个输入时钟会相对于OOF参考进行频率精度监测，最终OOF状态由精确OOF监测器和快速OOF监测器组合确定。
• LOL检测：每个DSPLL都有一个LOL监测器，当DSPLL与所选输入时钟失去同步时，LOL寄存器位将被置位。

输出配置

• 输出交叉点：允许任何输出驱动器连接到任何DSPLL，交叉点配置可编程并可存储在NVM中。
• 输出信号格式：差分输出幅度和共模电压完全可编程，支持多种信号格式，包括LVDS、LVPECL、LVCMOS、CML和HCSL。此外，任何输出都可以配置为单端LVCMOS。
• 输出使能/禁用：可以通过引脚或寄存器控制输出的使能/禁用，也可以两者结合使用。

电气规格

推荐工作条件

• 环境温度范围为–40 °C至85 °C，结温最大为125 °C。
• 核心电源电压VDD为1.8 V ±5%，VDDA为3.3 V ±5%，输出驱动器电源电压VDDO可选择3.3 V、2.5 V或1.8 V ±5%。

直流特性

包括核心电源电流、输出缓冲器电源电流和总功耗等参数，不同配置下的电流和功耗有所不同。

输入时钟规格

• 标准差分或单端交流耦合输入缓冲器支持8 kHz至750 MHz的差分输入频率和8 kHz至250 MHz的单端输入频率。
• LVCMOS / 脉冲CMOS直流耦合输入缓冲器支持不同格式的CMOS输入，频率范围为8 kHz至250 MHz（标准CMOS和非标准CMOS）或8 kHz至1 MHz（脉冲CMOS）。

输出时钟规格

• 差分时钟输出频率范围为0.0001至720 MHz，LVCMOS时钟输出频率范围为0.0001至250 MHz。
• 输出电压幅度、共模电压、输出到输出偏移、上升和下降时间等参数都有明确的规格。

性能特性

包括PLL环路带宽编程范围、初始启动时间、PLL锁定时间、无缝切换期间的最大相位瞬变、输入到输出延迟变化、抖动峰值、抖动容限、拉入范围和RMS相位抖动等性能指标。

应用场景

Si5397/96广泛应用于多个领域，如OTN复用器和转发器、10/40/100/400GbE、同步以太网、10/25/100G载波以太网交换机和广播视频等。其高性能和灵活性能够满足这些应用对时钟信号的严格要求。

总结

Skyworks的Si5397/96系列抖动衰减时钟乘法器以其卓越的性能、丰富的功能和广泛的应用场景，为电子工程师提供了一个强大的时钟解决方案。无论是在高速通信、数据中心还是广播视频等领域，Si5397/96都能发挥重要作用，帮助工程师设计出更加稳定、高效的系统。你在实际应用中是否遇到过时钟信号处理的难题？Si5397/96是否能为你的设计带来新的思路？欢迎在评论区分享你的经验和想法。