CDCE937-Q1 和 CDCEL937-Q1：汽车应用中的可编程时钟合成器

在汽车电子领域，对高性能、灵活且可靠的时钟合成器的需求日益增长。CDCE937-Q1 和 CDCEL937-Q1 这两款可编程时钟合成器，凭借其丰富的特性和广泛的应用范围，成为了众多汽车电子系统设计的理想选择。下面，我们就来深入了解一下这两款器件。

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1. 特性亮点

1.1 汽车级资质

这两款器件通过了 AEC - Q100 认证，具有广泛的温度范围（-40°C 至 125°C），能适应汽车复杂的工作环境。同时，其 HBM ESD 分类为 2 级，CDM ESD 分类为 C4B 级，具备良好的静电防护能力，提高了器件的可靠性。

1.2 灵活的编程能力

• 寄存器与 EEPROM：支持系统内编程，拥有串行可编程的易失性寄存器和非易失性 EEPROM，可存储用户设置，方便灵活配置。
• 输入时钟概念：支持 8MHz 至 32MHz 的外部晶体输入，片上 VCXO 的拉范围为 ±150ppm，还可接受单端 LVCMOS 高达 160MHz 的输入信号。
• 输出频率选择：可自由选择高达 230MHz 的输出频率，满足不同应用的时钟需求。

1.3 低噪声与高精度

• 低噪声 PLL 核心：集成了 PLL 环路滤波器组件，具有低周期抖动（典型值 60ps），能生成高精度的时钟信号。
• 可编程 SSC 调制：支持 0PPM 时钟生成，可进行可编程的扩频时钟（SSC）调制，有效降低电磁干扰（EMI），帮助产品通过行业标准，如 CISPR - 25。

1.4 多应用支持

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，还能生成与 TI - DaVinci、OMAP、DSP 等常用的通用时钟频率。

1.5 其他特性

• 独立输出电源引脚：CDCE937 - Q1 支持 3.3V 和 2.5V 输出电源，CDCEL937 - Q1 支持 1.8V 输出电源，方便不同电压需求的应用。
• 灵活的时钟驱动：通过三个用户可定义的控制输入（S0/S1/S2），可实现 SSC 选择、频率切换、输出使能或电源关闭等功能。
• 宽温度范围与封装：工作温度范围为 -40°C 至 125°C，采用 TSSOP 封装，便于 PCB 布局。此外，还提供开发和编程套件（TI Pro - Clock™），方便 PLL 设计和编程。

2. 应用场景

这两款器件在汽车电子领域有广泛的应用，如仪表盘、主机、导航系统和高级驾驶辅助系统（ADAS）等。在这些应用中，它们能够提供稳定、高精度的时钟信号，满足系统对时钟的严格要求。

3. 详细描述

3.1 功能概述

CDCE937 - Q1 和 CDCEL937 - Q1 是基于锁相环（PLL）的模块化可编程时钟合成器。它们可以从单个输入频率生成多达七个输出时钟，节省了电路板空间和成本。用户可以通过集成的、可配置的 PLL 对每个输出进行编程，实现所需的时钟频率。同时，PLL 支持扩频时钟（SSC），可选择中心扩展或向下扩展，提高了 EMI 性能。

3.2 引脚配置与功能

引脚编号	引脚名称	类型	描述
1	Xin/CLK	I	晶体振荡器输入或 LVCMOS 时钟输入（可通过 SDA 和 SCL 总线选择）
2	S0	I	用户可编程控制输入 S0；LVCMOS 输入，内部上拉 500kΩ
3	VDD	P	1.8V 器件电源
4	VCtrl	I	VCXO 控制电压（不使用时留空或上拉至约 500kΩ）
5	GND	G	接地
6	Vddout	P	CDCE937 - Q1：3.3V 或 2.5V 所有输出电源；CDCEL937 - Q1：1.8V 所有输出电源
7 - 17	Y1 - Y7	O	LVCMOS 输出
18	SCL/S2	I	SCL：串行时钟输入（默认配置），LVCMOS 内部上拉 500kΩ；或 S2：用户可编程控制输入，LVCMOS 输入，内部上拉 500kΩ
19	SDA/S1	I/O 或 I	SDA：双向串行数据输入/输出（默认配置），LVCMOS 内部上拉 500kΩ；或 S1：用户可编程控制输入，LVCMOS 输入，内部上拉 500kΩ
20	Xout	O	晶体振荡器输出（不使用时留空或上拉至约 500kΩ）

3.3 电气特性

• 电源电流：在不同工作模式下，如所有输出关闭、所有输出开启等，器件的电源电流表现不同。例如，所有输出关闭，f(CLK) = 27MHz，f(VCO) = 135MHz 时，所有 PLL 开启的电源电流为 29mA，每个 PLL 约为 9mA。
• 输出特性：LVCMOS 输出频率可达 230MHz，不同输出电源电压下（如 3.3V、2.5V、1.8V），输出电压、电流和抖动等特性有所差异。例如，Vddout = 3.3V 时，LVCMOS 高电平输出电压在不同负载电流下有不同表现。

3.4 编程与配置

• 数据协议：支持字节写、字节读、块写和块读操作。通过 SDA 和 SCL 总线进行编程，可对内部寄存器进行读写操作。在进行 EEPROM 编程时，需要注意一些特殊的操作步骤，如在编程前将 CLKIN 拉低，并在编程过程中保持低电平。
• 命令代码定义：通过不同的命令代码位定义不同的操作类型，如块读/写操作或字节读/写操作，以及字节偏移等信息。
• 寄存器映射：包括通用配置寄存器、PLL 配置寄存器等，用户可以通过这些寄存器对输入时钟、控制引脚、PLL 和输出阶段进行配置。例如，在通用配置寄存器中，可以选择输入时钟类型、设备地址等。

4. 应用设计要点

4.1 典型应用示例

以 CDCE937 - Q1 在信息娱乐系统中的应用为例，使用 1.8V 单电源，通过外部晶体（如 27MHz 晶体）提供输入频率，可生成多个不同频率的时钟输出，满足系统中不同模块的时钟需求。

4.2 设计注意事项

• SSC 调制：扩频时钟（SSC）调制可有效降低 EMI，但需要根据具体的设计要求选择合适的调制参数，如调制量、调制频率和调制形状等。
• PLL 频率规划：根据输入频率和所需输出频率，合理计算 PLL 的乘数和除数。使用 TI Pro - Clock™ 软件可以自动计算 P、Q、R 和 N' 等参数，简化设计过程。
• 晶体振荡器启动：当作为晶体缓冲器使用时，晶体振荡器的启动时间可能会比内部 PLL 锁定时间长。例如，27MHz 晶体输入，8pF 负载时，晶体启动时间约为 250μs，而 PLL 锁定时间约为 10μs。
• 频率调整：通过 VCXO 控制输入 (V_{ctr}) 可以调整频率。如果使用 PWM 调制信号作为控制信号，需要外部滤波器。
• 未使用的输入和输出：未使用的输入应设置为 GND，未使用的输出应留空。如果某个输出块不使用，建议禁用该块，但仍需为所有输出块提供电源。
• 模式切换：在从 XO 模式切换到 VCXO 模式时，需要按照特定步骤操作，以确保输出频率居中到 0ppm。

4.3 电源供应建议

在使用外部参考时钟时，应先驱动 XIN/CLK 再使 (V{DD}) 上升，以避免输出不稳定。如果 (V{DDOUT}) 在 (V{DD}) 之前施加，建议将 (V{DD}) 拉至 GND 直到 (V_{DDOUT}) 上升。

4.4 布局指南

• 晶体放置：晶体应尽可能靠近器件放置，且从晶体端子到 Xin 和 Xout 的布线长度应相同，以减少寄生效应影响 VCXO 的拉范围。
• 电容配置：对于某些晶体的负载电容要求，可能需要添加额外的离散电容。应将这些小电容尽可能靠近器件放置，并相对于 Xin 和 Xout 对称。
• 旁路电容：旁路电容应靠近器件引脚放置，使用 0402 尺寸的电容便于信号布线，并确保与电源的连接尽可能短，通过低阻抗连接接地。

5. 总结

CDCE937 - Q1 和 CDCEL937 - Q1 可编程时钟合成器为汽车电子应用提供了高度灵活、高性能的时钟解决方案。它们的丰富特性和广泛应用范围，使得电子工程师在设计汽车仪表盘、信息娱乐系统、ADAS 等系统时，能够更加轻松地满足系统对时钟的严格要求。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理配置器件参数，并注意布局和电源供应等方面的问题，以充分发挥这两款器件的优势。