探索LMK60XXEVM与LMK62XXEVM：超低频抖动晶体振荡器评估模块的深度剖析

在电子设计领域，时钟信号的稳定性和低抖动性对于系统的性能至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的LMK60XX和LMK62XX超低频抖动晶体振荡器家族为我们提供了出色的解决方案，而LMK60XXEVM和LMK62XXEVM评估模块则为工程师们提供了一个完整的平台来评估这些振荡器的性能。本文将深入探讨这两个评估模块的特点、配置以及性能测试等方面的内容。

文件下载：LMK60E2-156M25EVM.pdf

1. 评估模块概述

LMK6XXX EVM为评估德州仪器LMK60XX（5 x 7 mm封装）和LMK62XX（5 x 3.2 mm封装）超低频抖动晶体振荡器家族提供了完整的平台。它具有多种输出频率和格式可供选择，能够满足不同应用场景的需求。该评估模块可用于合规测试、性能评估和初始系统原型设计，通过板载边缘发射SMA端口，可方便地将超低频抖动时钟输出连接到测试设备和参考板，实现与第三方FPGA/ASIC/SoC参考板的集成系统级测试。

1.1 订购信息

EVM ID	DEVICE ID	DEVICE PACKAGE
LMK60E2 - 156M25EVM	LMK60E2 - 156M25SIA	5 mm x 7 mm 6 - pin QFM (SIA)
LMK62E2 - 156M25EVM	LMK62E2 - 156M25SIA	5 mm x 3.2 mm 6 - pin QFM (SIA)

2. 评估模块特点

2.1 预配置板载终端

评估模块预先配置了板载终端，方便用户进行测试和评估，减少了额外的配置工作。

2.2 灵活的电源选项

• 超低噪声LP5907 LDO：支持高达5.5 V的电源输入，为评估模块提供稳定的电源供应。
• mini USB或边缘发射SMA：用户可以选择使用mini USB接口或边缘发射SMA接口为评估模块供电，增加了电源连接的灵活性。

2.3 小尺寸外形

评估模块采用2" x 1.8"的小尺寸外形设计，便于集成到各种测试系统中，节省了空间。

3. 评估模块配置

3.1 电源配置

LMK6XXX设备具有单个VDD电源引脚，工作电压为3.3V（± 5%）。该电源可以直接从外部电源供电，也可以通过板载LDO稳压器供电。板载稳压器（U1）可以允许更高的电源电压（高达5.5 V）为评估模块供电。用户可以通过配置电源端子和跳线来独立路由VDD电源引脚的电源。

MODE	EXTIN VOLTAGE	J1 SETTING (1)	J2 SETTING (1)
USB Powered (2)		from USB	from REG
External Power + LDO	4.3 V to 5.5 V	from EXTIN
External Power	3.3 V	Remove Jumper	from EXTIN

需要注意的是，通过USB接口供电可能会受到特定USB端口的限制，某些系统可能需要使用外部电源才能正常工作。

3.2 控制引脚配置

LMK6XXX EVM有一个专门用于输出使能控制的控制引脚。跳线J3连接到LMK6XXX设备的引脚1，用于输出使能控制。OE引脚的正逻辑如下：	COMPONENT	NAME	DESCRIPTION
J3	OE	OE（输出使能）状态在保持PLL电路活跃的同时禁用振荡器输出。
OE	Output Status
GND	Output Disabled
VDD	Output Enabled

跳线J4用于评估具有引脚2控制功能的设备，但LMK6XXX设备要求引脚2无连接。

3.3 时钟输出配置

LMK6XXX的差分输出通过50欧姆单端走线和交流耦合电容路由到SMA端口（OUTN和OUTP）。根据评估模块的变体（LVPECL、LVDS或HCSL设备），串联电阻（R4和R9）、发射极电阻（R6和R8）和差分电阻（R3、R5和R7）的默认值已预先配置为推荐值。虽然通常不需要重新配置评估模块，但常见的输出格式终端配置如下表所示：

OUTPUT FORMAT	COUPLING (1)	COMPONENT	VALUE
LVPECL	AC	R4, R9	0 Ω
		R6, R8	150 Ω
		C5, C10	0.01 uF
		R3, R5, R7	DNP
	DC	R4, R9, C5, C10	0 Ω
		R3, R5, R6, R7, R8	DNP
LVDS (3)	AC	R3, R4, R7, R9	0 Ω
		R5 (4)	100 Ω
		C5, C10	0.01 uF
		R6, R8	DNP
	DC	R3, R4, R7, R9, C5, C10	0 Ω
		R5 (4)	100 Ω
		R6, R8	DNP
HCSL	DC	R4, R9	0 Ω
		R6, R8	50 Ω
		C5, C10	0 Ω
		R3, R5, R7	DNP

所有变体默认采用交流耦合，接收器需要50欧姆到Vcc - 2 V的终端。LMK6XXX EVM提供100欧姆差分终端（R5），如果接收器上有差分终端，则可以移除EVM上的差分终端。

4. 快速启动指南

4.1 确认电源配置

根据表2设置评估模块的电源配置。默认情况下，LMK6XXX电源跳线配置为使用板载LDO的USB供电模式，通过USB接口供电。

4.2 设置OE跳线

确保OE跳线（J3）设置为VDD，以启用振荡器输出。

4.3 观察输出时钟

在OUTN和OUTP SMA端口观察任何活动的输出时钟。默认的评估模块配置为交流耦合，并且根据每个设备变体（LVPECL、LVDS或HCSL）预先配置了终端。使用50 Ω同轴电缆将测试设备连接到输出SMA端口。如果进行单端测量，用50 Ω负载端接未使用的SMA端口。当评估模块通电时，电源LED D1应亮起。

4.4 切换OE状态

根据表3切换OE状态，以启用或禁用输出状态。

5. 推荐测试设备

为了对超低频噪声/抖动、高速时钟信号进行准确测量，推荐使用以下仪器：

• 源信号分析仪：Keysight/Agilent E5052用于相位噪声/抖动测量。
• 示波器：Agilent DSA90000A系列（或等效产品）用于交流测量和时域抖动分析，并配备抖动软件包。
• 巴伦：M/A - COM H - 183 - 4（30 - 3000 MHz）180°耦合器，或等效产品。

6. 示例性能测量

通过使用巴伦将差分输出时钟连接到Keysight/Agilent E5052B进行RMS抖动和相位噪声测量。以下是典型输出RMS抖动的总结：

Parameter	Test Conditions	RMS Jitter (fs),12k - 20M band, spurs off	MIN	TYP	MAX	Unit
RJ	RMS Phase Jitter (3) (12 kHz - 20 MHz) (1 kHz - 5 MHz)	f OUT ≥ 100 MHz, Integer - N PLL, All Output Types		150	300	fs RMS

7. 评估模块设计

7.1 布局设计

LMK60XXEVM和LMK62XXEVM的布局基本相同，只是LMK62XXEVM采用5x3.2mm的振荡器封装，而LMK60XXEVM采用5x7mm的封装。文档中提供了评估模块的顶层覆盖图、顶层阻焊层图、第一层（顶层）图、第四层（底层，从底部查看）图、底层阻焊层图、钻孔图和板尺寸图等详细信息。

7.2 原理图设计

评估模块的原理图设计包括电源层、接地层、分割电源层和USB电路层等。控制阻抗走线的顶层13 mil走线参考L2为50欧姆Zo ± 5%。硬件和标记方面，在板角放置4个支撑柱，并标注了LOGO、PCB编号、FCC免责声明等信息。

7.3 物料清单

物料清单配置为LVPECL交流模式，对于LVDS和HCSL变体，请参考表4。物料清单中列出了各种电容、电阻、LED、二极管、铁氧体磁珠、连接器、测试点、振荡器和稳压器等元件的型号和数量。

8. 注意事项

8.1 使用限制

评估模块仅用于产品或软件开发人员在研发环境中对德州仪器半导体产品进行可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装到任何成品中，也不得用于消费或家庭用途，不得用于商业销售、再许可、租赁、出租、贷款、转让或分发。

8.2 有限保修

德州仪器保证TI EVM在交付给用户后的90天内符合其公布的规格。但如果不符合规格是由于用户的疏忽、滥用、不当安装或测试、设计问题、未按时付款等原因导致的，德州仪器不承担责任。用户必须在交付后10个工作日内通知德州仪器任何明显的缺陷，在发现隐藏缺陷后10个工作日内通知。德州仪器的唯一责任是选择修复、更换不符合保修的EVM或为用户的账户提供信用。

8.3 监管通知

不同国家和地区对评估模块有不同的监管要求，如美国的FCC规定、加拿大的Industry Canada规定、日本的无线电法规定和欧盟的电磁兼容性指令等。用户在使用评估模块时必须遵守这些规定。

8.4 使用限制和警告

评估模块不得用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用的评估。用户在处理或使用评估模块之前必须阅读并应用德州仪器提供的用户指南和其他可用文档，包括任何警告或限制通知。用户必须在德州仪器推荐的规格和环境条件下操作评估模块，避免超出指定的性能评级和规格，否则可能导致人身伤害、死亡或财产损失。评估模块仅由技术合格的专业电子专家使用，用户承担所有责任和义务，确保评估模块的正确和安全使用。

总之，LMK60XXEVM和LMK62XXEVM评估模块为工程师们提供了一个方便、灵活的平台来评估德州仪器LMK60XX和LMK62XX超低频抖动晶体振荡器的性能。通过合理配置和使用评估模块，并遵守相关的注意事项，工程师们可以更好地了解这些振荡器的特性，为系统设计提供有力的支持。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。