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德州仪器LMKDB11xx超低抖动时钟缓冲器技术解析

科技观察员 2025-09-04 15:23 次阅读
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Texas Instruments LMKDB1超低抖动时钟缓冲器是一系列超低抖动LP-HCSL缓冲器和MUX,支持PCIe Gen 1至Gen 6,符合DB2000QL标准。这些器件具有灵活的上电序列、故障安全输入、独立的输出启用和禁用引脚、输入信号丢失 (LOS) 检测和自动输出禁用功能,以及出色的电源噪声抑制性能。支持1.8V和3.3V两种电源电压。对于Texas Instruments LMKDB1120,与3.3V相比,1.8V电源可节省250mW功率。

数据手册:*附件:Texas Instruments LMKDB1超低抖动时钟缓冲器数据手册.pdf

特性

  • LP-HCSL时钟缓冲器和时钟MUX支持
    • PCIe Gen 1至Gen 6
    • CC(通用时钟)和IR(独立参考)PCIe架构
    • 带或不带SSC的输入时钟
  • 符合 DB2000QL
    • 所有设备均符合DB2000QL规范
    • LMKDB1120引脚兼容DB2000QL
  • 超低附加抖动:
    • 156.25MHz时最大31fs 12kHz至20MHz RMS附加抖动
    • PCIe Gen 4的最大附加抖动为13fs
    • PCIe Gen 5的最大附加抖动为5fs
    • PCIe Gen 6的最大附加抖动为3fs
  • 故障安全输入
  • 灵活的上电序列
  • 自动输出禁用
  • 单独输出使能
  • 用于启用或禁用高速输出的SBI(边带接口
  • LOS(信号丢失)输入检测
  • 输出阻抗:85Ω或100Ω
  • 电源:1.8V/3.3V (±10%)
  • 环境温度范围:-40 °C至105 °C

典型应用

1.png

德州仪器LMKDB11xx超低抖动时钟缓冲器技术解析

概述

德州仪器(TI)的LMKDB11xx系列是专为PCIe Gen 1至Gen 7应用设计的超低抖动LP-HCSL时钟缓冲器家族,符合DB2000QL规范。该系列产品在‌高性能计算、服务器主板、NIC/SmartNIC和硬件加速器‌等领域有广泛应用。其主要特点包括极低的附加抖动、灵活的电源上电序列、故障安全输入/输出、独立输出使能控制等。

关键特性

超低抖动性能

  • PCIe Gen 5附加抖动‌:仅5fs(最大值)
  • PCIe Gen 6附加抖动‌:仅3fs(最大值)
  • PCIe Gen 7附加抖动‌:仅2.1fs(最大值)
  • 156.25MHz下12kHz-20MHz RMS附加抖动‌:31fs(最大值)

灵活配置选项

  • 支持1.8V和3.3V双电源电压
  • 85Ω或100Ω可编程输出阻抗(LMKDB1102)
  • 可编程输出摆幅(600mV至975mV,25mV/步进)
  • 可编程输出斜率(16种可选设置)

系统可靠性

  • 故障安全输入(所有型号)
  • 故障安全输出(带"FS"后缀型号)
  • 自动输出禁用功能
  • 输入信号丢失检测(LOS)

产品系列与选型

LMKDB11xx系列包含多种型号,主要区分如下:

型号输出数量封装尺寸特殊功能
LMKDB1120/FS206mm×6mm (NPP)故障安全输出(FS型号)
LMKDB1108/FS85mm×5mm (RKP)故障安全输出(FS型号)
LMKDB1104/FS44mm×4mm (REX)故障安全输出(FS型号)
LMKDB110223mm×3mm (REY)可编程输出阻抗

应用设计要点

电源设计

  • 建议在每个电源引脚附近放置0.1μF电容
  • 对于VDDA,建议增加2.2Ω电阻进行噪声隔离
  • 推荐使用铁氧体磁珠和10μF电容作为整体滤波

布局建议

  • 确保PCB走线阻抗与器件输出阻抗匹配(85Ω或100Ω差分)
  • 消除传输线上的stub和不连续性
  • 器件底部散热焊盘必须焊接以优化热性能和机械性能

时钟输入配置

支持四种输入配置方式:

  1. DC耦合HCSL输入
  2. DC耦合LVDS输入(需外部100Ω终端电阻)
  3. AC耦合输入(内部自偏置)
  4. 内部50Ω对地终端

控制接口

LMKDB11xx提供三种控制方式,可同时使用:

1. SMBus模式

  • 通过SMB_DATA和SMB_CLK引脚进行寄存器读写
  • 支持块读写操作
  • 可配置器件地址(通过SADR1和SADR0引脚设置)

2. 边带接口(SBI)模式

  • 3线或4线串行接口(SHFT_LD#、SBI_IN、SBI_CLK和可选的SBI_OUT)
  • 比SMBus更快的输出使能/禁用速度(最高25MHz)
  • 支持星型和菊花链拓扑

3. 引脚模式

  • 通过专用OE#引脚直接控制输出使能
  • 当不使用SMBus或SBI时,相关引脚可悬空

典型应用示例

PCIe时钟分配系统‌:

  • 输入:100MHz PCIe时钟源
  • 输出:15路PCIe Gen5时钟
  • 选用LMKDB1120(20输出)
  • 计算抖动预算:sqrt(50² - 45²) = 21fs
  • 器件实际附加抖动:13fs(满足要求)

以太网时钟分配系统‌:

  • 输入:156.25MHz以太网时钟
  • 输出:7路以太网时钟
  • 选用LMKDB1108(8输出)
  • 计算抖动预算:sqrt(100² - 90²) = 43fs
  • 器件实际附加抖动:31fs(满足要求)
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