探索DS1086 Spread - Spectrum EconOscillator：特性、应用与设计要点

引言

在电子设计领域，时钟发生器是众多系统中不可或缺的核心组件。今天我们要深入探讨的是Maxim公司的DS1086 Spread - Spectrum EconOscillator，它以其独特的特性和广泛的应用场景，为工程师们提供了一个强大而灵活的解决方案。

文件下载：DS1086.pdf

一、DS1086概述

1. 基本功能

DS1086是一款可编程时钟发生器，能够产生频率范围从260kHz到133MHz的扩频（抖动）方波输出。通过选择2%或4%的抖动输出，可以有效降低辐射发射峰值，这对于需要满足电磁兼容性（EMI）要求的设计尤为重要。

2. 关键特性

• 用户可编程：用户可以通过编程设置输出频率，范围从260kHz到133MHz，满足不同应用的需求。
• 抖动输出选择：具备2%或4%的可选抖动输出，可根据具体的EMI要求进行灵活调整。
• 无毛刺输出使能控制：确保输出信号的稳定性，避免在使能过程中产生毛刺。
• 2线串行接口：方便与其他设备进行通信和配置。
• 非易失性设置：所有设备设置存储在非易失性EEPROM中，即使断电也能保存设置，适用于独立应用。
• 5V电源供电：常见的电源电压，便于与其他电路集成。
• 无需外部定时组件：简化了设计，减少了外部元件的使用。
• 掉电模式：在不需要时钟输出时，可以进入掉电模式以降低功耗。
• 10kHz主频率步长：提供了精细的频率调整能力。

二、应用领域

DS1086的应用范围广泛，涵盖了多个领域：

• 打印机和复印机：为打印和复印过程提供稳定的时钟信号，确保数据传输和处理的准确性。
• 个人电脑（PC）：用于主板、显卡等组件的时钟控制，保证系统的稳定运行。
• 计算机外设：如鼠标、键盘等，提供精确的时钟同步。
• 手机：在手机的通信和处理模块中发挥重要作用，确保信号的准确传输和处理。
• 电缆调制解调器：为数据传输提供稳定的时钟基准。

三、技术参数分析

1. 绝对最大额定值

• 电源电压：相对于地的VCC电压范围为 - 0.5V到 + 6.0V。
• 其他引脚电压：SPRD、PDN、OE、SDA、SCL相对于地的电压范围为 - 0.5V到（VCC + 0.5V），但不得超过6.0V。
• 功耗：不同封装的连续功耗有所不同，µSOP封装在 + 70°C以上需以4.5mW/°C降额，SO封装在 + 70°C以上需以5.9mW/°C降额。
• 温度范围：结温最高可达 + 150°C，工作温度范围为0°C到 + 70°C，存储温度范围为 - 55°C到 + 125°C。

2. 推荐直流工作条件

在VCC = 5V ± 5%，TA = 0°C到 + 70°C的条件下，对各参数有明确的要求，如不同引脚的输入电压范围等。

3. 直流电气特性

包括输出电压、输入电流、电源电流等参数，例如输出高电平电压（OUT）在lOH = - 4mA，Vcc = min时为2.4V，输出低电平电压（OUT）在loL = 4mA时最大为0.4V。

4. 主振荡器特性

• 频率范围：主振荡器频率范围为66MHz到133MHz，默认频率为97.1MHz。
• 频率公差：在不同条件下（如电压、温度变化），主振荡器频率有一定的公差范围。
• 抖动频率范围：根据预分频器位J0的设置，抖动频率范围为2%或4%。

5. 交流电气特性

涉及频率稳定时间、上电时间、掉电模式响应时间等参数，例如频率在预分频器或DAC/偏移改变后有相应的稳定时间要求。

四、引脚描述

PIN	NAME	FUNCTION
1	OUT	振荡器输出
2	SPRD	抖动使能，高电平使能抖动，低电平禁用抖动
3	VCC	电源供电
4	GND	接地
5	OE	输出使能，高电平使能输出缓冲器，低电平禁用输出但主振荡器仍工作
6	PDN	掉电控制，高电平使能主振荡器，低电平禁用主振荡器（掉电模式）
7	SDA	2线串行数据，用于与设备进行串行数据传输
8	SCL	2线串行时钟，用于时钟数据的输入和输出

五、寄存器配置与频率计算

1. 寄存器概述

DS1086的寄存器用于确定输出频率和抖动量，主要包括预分频器寄存器、DAC寄存器、偏移寄存器、ADDR寄存器、RANGE寄存器和WRITE EE命令。

2. 频率计算示例

• 示例1：要生成11.0592MHz的输出频率，通过计算确定预分频器值、偏移寄存器值和DAC值。首先，根据公式 (f{DESIRED}=frac{f{MASTER OSCILLATOR}}{prescaler}) ，通过试错法找到合适的预分频器值，再根据频率范围确定偏移寄存器值，最后计算DAC值。
• 示例2：对于100MHz的输出频率，由于其在主振荡器频率范围内，预分频器设置为1，同样根据频率范围和公式计算偏移寄存器值和DAC值。

六、2线串行端口操作

DS1086通过2线串行接口进行通信，遵循特定的总线协议：

• 数据传输条件：数据传输只能在总线不忙时启动，时钟线为高电平时数据线必须保持稳定。
• 总线条件定义：包括总线不忙、开始数据传输（START条件）、停止数据传输（STOP条件）和数据有效等。
• 数据传输类型：分为从主发送器到从接收器和从从发送器到主接收器两种类型。
• 应答机制：每个接收设备在接收到字节后需产生应答，主设备需产生额外的时钟脉冲与应答位关联。

七、应用设计要点

1. 电源去耦

为了获得最佳性能，使用0.01µF和0.1µF的高质量陶瓷表面贴装电容对电源进行去耦，且电容应尽可能靠近引脚3和4放置。

2. 独立模式

当SCL和SDA不使用时，不能浮空。如果DS1086不需要在线编程，包括生产测试期间，SDA和SCL可以拉高。SPRD引脚必须拉高或拉低。

八、总结

DS1086 Spread - Spectrum EconOscillator以其丰富的特性、广泛的应用场景和灵活的配置方式，为电子工程师们提供了一个优秀的时钟解决方案。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理配置寄存器，注意电源去耦和接口操作等要点，以充分发挥DS1086的性能优势。你在使用DS1086的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。