探索 RENESAS ICS664 - 02 PECL 数字视频时钟源

在高清电视（HDTV）数字视频设备的设计中，时钟源的性能对设备的整体表现起着至关重要的作用。今天我们就来深入了解一下 RENESAS 的 ICS664 - 02 PECL 数字视频时钟源，看看它有哪些独特之处，以及在实际设计中需要注意的要点。

文件下载：664G-02LFT.pdf

产品概述

ICS664 - 02 专为 HDTV 数字视频设备提供常用的时钟生成和转换功能。它采用了最新的锁相环（PLL）技术，能够提供出色的相位噪声和长期抖动性能，从而实现卓越的同步性和信噪比。如果需要从 27 MHz 生成音频采样时钟，建议使用 ICS661。若文档中未涵盖所需的输入和输出频率，可联系 IDT，他们能够快速对产品进行修改以满足特殊需求。

产品特性

封装与环保

• 封装形式：采用 16 引脚的 TSSOP 封装，这种封装形式在节省空间的同时，也便于在电路板上进行布局。
• 环保标准：无铅封装，符合 RoHS 标准，体现了产品在环保方面的考虑。

性能优势

• 低相位噪声和低抖动：这两个特性确保了时钟信号的稳定性和准确性，对于高清视频设备来说，能够有效减少图像的干扰和失真。
• 精确的乘法比率：具有精确到 0 ppm 的乘法比率，保证了输出时钟频率的准确性。
• 电源控制：支持电源关断控制功能，可以在不需要时钟信号时降低功耗。
• 改进的相位噪声：相较于 ICS660，ICS664 - 02 在相位噪声方面有了进一步的改进。
• 差分输出：支持差分输出，能够有效抑制共模干扰，提高信号传输的质量。
• 标准支持：支持 SMTE 292M HD - SDI 标准，适用于 HDTV 广播应用。

引脚分配与功能

ICS664 - 02 的引脚分配清晰明确，每个引脚都有特定的功能。例如，X1/REFIN 引脚用于连接晶体或时钟输入；S0 - S3 引脚用于输出频率选择，通过不同的组合可以根据输出时钟选择表确定输出频率；CLK 引脚则提供互补时钟输出和时钟输出。详细的引脚描述如下表所示：	Pin Number	Pin Name	Pin Type	Pin Description
1	X1/REFIN	Input	Connect this pin to a crystal or clock input
2	VDD	Power	Power supply for crystal oscillator.
3	VDD	Power	Power supply for PLL.
4	S0	Input	Output frequency selection. Determines output frequency per table above. On chip pull - up.
5	GND	Power	Ground for PLL.
6	GND	Power	Ground for oscillator.
7	S3	Input	Output frequency selection. Determines output frequency per table above. On chip pull - up.
8	S2	Input	Output frequency selection. Determines output frequency per table above. On chip pull - up.
9	S1	Input	Output frequency selection. Determines output frequency per table above. On chip pull - up.
10	VDD	Power	Power supply.
11	SELIN	Input	Low for clock input, high for crystal. On chip pull - up.
12	GND	Power	Ground for output stage
13	CLK	Output	Complimentary clock output.
14	CLK	Output	Clock output.
15	VDDO	Power	Power supply for output stage.
16	X2	Input	Connect this pin to a crystal. Leave open if using a clock input.

输出时钟选择

通过设置 S0 - S3 引脚的电平组合，可以实现不同的输入频率到输出频率的转换。例如，当 S3S2S1S0 为 0001 时，输出频率为输入频率的直通；当 S3S2S1S0 为 0010 且输入频率为 27 MHz 时，输出频率为 74.25 MHz。具体的输出时钟选择表如下：	S3	S2	S1	S0	Input Frequency (MHz)	Output Frequency (MHz)
0	0	0	0		Power down
0	0	0	1	Pass thru	Input Freq
0	0	1	0	27	74.25
0	0	1	1	27	74.175824
0	1	0	0	13.5	74.25
0	1	0	1	13.5	74.175824
0	1	1	0	RESERVED	RESERVED
0	1	1	1	RESERVED	RESERVED
1	0	0	0	74.25	54
1	0	0	1	74.175824	54
1	0	1	0	RESERVED	RESERVED
1	0	1	1	RESERVED	RESERVED
1	1	0	0	54	74.25
1	1	0	1	54	74.175824
1	1	1	0	54	13.5
1	1	1	1	27	13.5

应用注意事项

终端电阻

输出端需要使用 50Ω 电阻接地进行终端匹配，以确保信号的正确传输。

去耦电容

为了使 ICS664 - 02 达到最佳性能，必须将其与系统电源噪声隔离。每个 VDD 引脚和 PCB 接地平面之间应连接 0.01µF 的去耦电容。同时，为了进一步防止系统电源噪声的干扰，ICS664 - 02 应使用一个公共连接到 PCB 电源平面。铁氧体磁珠和大容量电容有助于降低电源中的低频噪声，避免输出时钟相位调制。

电源连接

除了 VDDO 引脚可以连接较低电压以改变输出电平外，所有电源引脚都应连接到相同的电压。为了实现最低的抖动，建议使用专用的 LDO 稳压器为器件供电，例如 National Semiconductor 的 LP2985。

晶体负载电容

如果使用晶体，器件的晶体连接应包括从 X1 到地和从 X2 到地的电容焊盘。这些电容用于调整电路板的杂散电容，以匹配晶体的标称负载电容。负载电容的值可以通过公式 (C = 2(C{L}-6)) 大致确定，其中 (C) 是连接到 X1 和 X2 的负载电容，(C{L}) 是晶体指定的负载电容值。例如，典型的晶体 (C_{L}) 为 18 pF，则 (C = 2(18 - 6)=24 pF)。最终布局完成后，需要检查输出频率，以确定是否需要调整 (C) 的值。

PCB 布局建议

为了实现最佳的器件性能和最低的输出相位噪声，在 PCB 布局时应遵循以下准则：

1. 每个 0.01µF 去耦电容应尽可能靠近 VDD 引脚安装在电路板的元件面，去耦电容和 VDD 引脚之间不应使用过孔，连接 VDD 引脚和接地过孔的 PCB 走线应尽可能短。铁氧体磁珠和大容量去耦电容与器件的距离相对不那么关键。
2. 外部晶体应靠近器件安装，X1 和 X2 走线不应相互靠近，应保持一定的间距并远离其他走线。
3. 为了最小化电磁干扰（EMI）并获得最佳的信号完整性，50Ω 串联终端电阻应靠近时钟输出端放置。
4. 最佳的布局是将所有元件放置在电路板的同一侧，尽量减少穿过其他信号层的过孔（铁氧体磁珠和大容量去耦电容可以安装在背面）。其他信号走线应远离 ICS664 - 02，包括位于器件下方或与器件使用的接地平面层相邻的信号走线。

电气特性

绝对最大额定值

超过以下额定值的应力可能会对 ICS664 - 02 造成永久性损坏。这些额定值仅为应力额定值，并不意味着器件在这些条件下或规格书中操作部分所指示的其他条件下能够正常工作。长时间暴露在绝对最大额定值条件下可能会影响产品的可靠性。电气参数仅在推荐的工作温度范围内得到保证。	Item	Rating
Supply Voltage, VDD	5.5 V
All Inputs and Outputs	- 0.5V to VDD + 0.5 V
Ambient Operating Temperature	0 to +70 ° C
Storage Temperature	- 65 to +150 ° C
Junction Temperature	125 ° C
Soldering Temperature	260 ° C

推荐操作条件

Parameter	Min.	Typ.	Max.	Units
Ambient Operating Temperature	0		+70	° C
Power Supply Voltage (measured in respect to GND)	+3.0		+3.6	V

DC 电气特性

除非另有说明，(VDD = 3.3 V pm 10%)，环境温度为 0 到 +70°C。	Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
	VDD		3.0		3.6	V
Operating Voltage	VDDO		2.5		VDD	V
Supply Current	IDD	No Load		25		mA
Standby Supply Current	IDDPD			75		µ A
Input High Voltage	V IH		2			V
Input Low Voltage	V IL				0.8	V
Output High Voltage	V OH		VDDO - 1.5		VDDO - 1.1	V
Output Low Voltage	V OL		VDDO - 2.0		VDDO - 1.8	V
Input Capacitance	C IN	input pins		7		pF
Internal Pull - up Resistor	R PU			120		k Ω

AC 电气特性

同样，除非另有说明，(VDD = 3.3 V pm 10%)，环境温度为 0 到 +70°C。	Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Crystal Frequency					28	MHz
Output Clock Rise Time	t OR	20% to 80%, 15 pF load			1.5	ns
Output Clock Fall Time	t OF	80% to 20%, 15 pF load			1.5	ns
Output Duty Cycle	t OD	at VDD/2, 15 pF load	40	49 to 51	60	%
Power - up Time	t PU	Inputs out of PD state to clocks stable			10	ms
Power - down Time	t PD	Inputs in PD state to clocks off			1	µs
Jitter, Short term				70		ps p - p
Jitter, Long term		10 µs delay		300		ps p - p
Single Sideband Phase Noise		10 kHz offset		- 120		dBc
Actual Mean Frequency Error versus Target				0		ppm

热特性

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Thermal Resistance Junction to	θ JA	Still air		78		° C/W
Ambient	θ JA	1 m/s air flow		70		° C/W
	θ JA	3 m/s air flow		68		° C/W
Thermal Resistance Junction to Case	θ JC			37		° C/W

封装与订购信息

ICS664 - 02 采用 16 引脚的 TSSOP 封装，其封装尺寸符合 JEDEC Publication No. 95, MO - 153 标准。具体的封装尺寸如下表所示：	Symbol	Millimeters		Inches
Min	Max	Min	Max
A	--	1.20	--	0.047
A1	0.05	0.15	0.002	0.006
A2	0.80	1.05	0.032	0.041
b	0.19	0.30	0.007	0.012
C	0.09	0.20	0.0035	0.008
D	4.90	5.1	0.193	0.201
E	6.40 BASIC		0.252 BASIC
E1	4.30	4.50	0.169	0.177
e	0.65 Basic		0.0256 Basic
L	0.45	0.75	0.018	0.030
α	0 °	8 °	0 °	8 °
aaa	--	0.10	--	0.004

订购信息如下：	Part / Order Number	Marking	Shipping Packaging	Package	Temperature
664G - 02LF	664G02LF	Tubes	16 - pin TSSOP	0 to +70 ° C
664G - 02LFT	664G02LF	Tape and Reel	16 - pin TSSOP	0 to +70 ° C

带有“LF”后缀的产品为无铅配置，符合 RoHS 标准。

总结

RENESAS 的 ICS664 - 02 PECL 数字视频时钟源凭借其出色的性能和丰富的特性，为 HDTV 数字视频设备的设计提供了可靠的时钟解决方案。在实际应用中，我们需要根据其电气特性和应用注意事项进行合理的设计和布局，以充分发挥其优势。大家在使用这款时钟源时，有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。