探索 RENESAS ICS664 - 01 数字视频时钟源：特性、应用与设计要点

在高清电视数字视频设备的设计中，时钟源的性能对整个系统的稳定性和图像质量起着至关重要的作用。今天我们就来深入了解一下 RENESAS 的 ICS664 - 01 数字视频时钟源，看看它有哪些独特的特性和设计要点。

文件下载：664GI-01LF.pdf

一、ICS664 - 01 概述

ICS664 - 01 专为高清电视数字视频设备常见的时钟速率提供时钟生成和转换功能。它采用了最新的 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。如果需要生成 27MHz 的音频采样时钟，建议使用 ICS661。要是文档中未包含所需的输入和输出频率，可以联系 IDT，他们能快速对该产品进行修改以满足特殊需求。

二、产品特性亮点

1. 封装形式：采用 16 引脚 TSSOP 封装，具有良好的空间利用率和电气性能。
2. 环保设计：无铅封装，符合 RoHS 标准，响应环保要求。
3. 输入灵活性：支持时钟或晶体输入，为设计提供了更多的选择。
4. 低噪声与低抖动：低相位噪声有助于提高信噪比，同类产品中最低抖动仅为 100ps，确保了时钟信号的稳定性。
5. 精确的倍频比：具有精确（0ppm）的乘法比率，能满足高精度的时钟需求。
6. 节能模式：具备掉电模式，可降低功耗，提高能源效率。
7. 性能提升：相较于 ICS660，相位噪声得到了进一步改善。
8. 标准支持：支持 SMTE 292M HD - SDI 标准，适用于高清电视广播。

三、引脚分配与输出时钟选择

3.1 引脚描述

引脚编号	引脚名称	引脚类型	引脚描述
1	X1/REFIN	输入	连接晶体或时钟输入
2	VDD	电源	晶体振荡器的电源
3	VDD	电源	PLL 的电源
4	S0	输入	输出频率选择，根据表格确定输出频率，片上上拉
5	GND	电源	PLL 的接地
6	GND	电源	晶体振荡器的接地
7	S3	输入	输出频率选择，根据表格确定输出频率，片上上拉
8	S2	输入	输出频率选择，根据表格确定输出频率，片上上拉
9	CLK	输出	时钟输出
10	S1	输入	输出频率选择，根据表格确定输出频率，片上上拉
11	VDDO	电源	输出级的电源
12	SEL	输入	低电平为时钟输入，高电平为晶体，片上上拉
13	GND	电源	输出的接地
14	VDD	电源	电源
15	NC	—	不连接，不要连接任何东西
16	X2	输入	连接晶体，若使用时钟输入则留空

3.2 输出时钟选择表

S3	S2	S1	S0	输入频率 (MHz)	输出频率 (MHz)
0	0	0	0		掉电
0	0	0	1	直通	输入频率
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	保留	保留
0	1	1	1	保留	保留
1	0	0	0	74.25	54
1	0	0	1	74.175824	54
1	0	1	0	保留	保留
1	0	1	1	保留	保留
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

通过这些引脚和选择表，我们可以根据实际需求灵活配置输入和输出频率。

四、应用设计要点

4.1 串联终端电阻

时钟输出走线应采用串联终端。对于 50Ω 的走线（常用的走线阻抗），应在时钟线串联一个 33Ω 的电阻，并尽可能靠近时钟输出引脚。时钟输出的标称阻抗为 20Ω。大家在实际设计中，有没有遇到过因为终端电阻配置不当而导致信号问题的情况呢？

4.2 去耦电容

为了使 ICS664 - 01 达到最佳性能，必须将其与系统电源噪声隔离。每个 VDD 与 PCB 接地平面之间必须连接 0.01µF 的去耦电容。为了进一步防止干扰系统电源噪声，ICS664 - 01 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，这些噪声可能导致输出时钟相位调制。

4.3 推荐的电源连接

除了 VDDO 可以连接到较低电压以改变输出电平外，所有电源引脚必须连接到相同的电压。为了实现绝对最小的抖动，建议使用专用的 LDO 稳压器为器件供电，它可以提供高隔离度的电源噪声。像 National Semiconductor LP2985 就是一个不错的选择。

4.4 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，以匹配晶体标称所需的负载电容。为了减少可能的噪声拾取，晶体和器件之间应使用非常短的 PCB 走线（且无过孔）。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，典型晶体 (C_{L}) 为 18pF，则 (C = 2(18 - 6)=24pF)。由于这些电容用于调整 PCB 的杂散电容，建议在最终布局中检查输出频率，看是否需要更改 C 的值。

4.5 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，应遵循以下准则：

1. 每个 0.01µF 的去耦电容应安装在电路板的元件侧，尽可能靠近 VDD 引脚。去耦电容和 VDD 引脚之间不应使用过孔。到 VDD 引脚的 PCB 走线和到接地过孔的 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不太关键。
2. 外部晶体应安装在器件旁边，走线要短。X1 和 X2 走线不应彼此相邻且间距最小，而应分开并远离其他走线。
3. 为了最小化 EMI 并获得最佳的信号完整性，33Ω 串联终端电阻应靠近时钟输出放置。
4. 最佳布局是所有元件都在电路板的同一侧，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 - 01，包括器件正下方或与器件使用的接地平面层相邻的层上的信号走线。

五、电气特性与参数

5.1 绝对最大额定值

项目	额定值
电源电压，VDD	5.5V
所有输入和输出	- 0.5V 至 VDD + 0.5V
环境工作温度	0 至 + 70°C
存储温度	- 65 至 + 150°C
结温	125°C
焊接温度	260°C

5.2 推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
环境工作温度	- 40		+ 85	°C
电源电压（相对于 GND 测量）	+ 3.0	+ 3.6	V

5.3 DC 电气特性

除非另有说明，(VDD = VDDO = 3.3V pm 10%)，环境温度 - 40 至 + 85°C。	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
VDD			3.0	3.6	V
工作电压	VDDO		2.5	VDD	V
电源电流	IDD	无负载	35	mA
输入高电压	VIH		2	V
输入低电压	VIL		0.8	V
输出高电压	VOH	IOH = - 4mA	VDD - 0.4	V
输出高电压	VOH	IOH = - 20mA	2.4	V
输出低电压	VOL	IOL = 20mA	0.4	V
短路电流	IOS	每个输出	± 65	mA
标称输出阻抗	ZOUT		20	Ω
输入电容	CIN	输入引脚	7	pF
内部上拉电阻	RPU		120	kΩ

5.4 AC 电气特性

除非另有说明，(VDD = VDDO = 3.3V pm 10%)，环境温度 - 40 至 + 85°C。	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
晶体频率					28	MHz
输出时钟上升时间	tOR	20% 至 80%，15pF 负载			1.5	ns
输出时钟下降时间	tOF	80% 至 20%，15pF 负载			1.5	ns
输出占空比	tOD	在 VDD/2，15pF 负载	40	49 至 51	60	%
上电时间	tPU	有效上电到有效输出		1		ms
掉电时间	tPD	断电到时钟禁用		10		µs
抖动，短期				100		ps p - p
抖动，长期		10µs 延迟		200		ps p - p
单边带相位噪声		10kHz 偏移		- 120		dBc
实际平均频率误差与目标值				0		ppm

5.5 热特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
热阻结到环境	θJA	静止空气		78		°C/W
	θJA	1m/s 气流		70		°C/W
	θJA	3m/s 气流		68		°C/W
热阻结到外壳	θJC			37		°C/W

六、封装尺寸与订购信息

6.1 封装尺寸

符号	毫米		英寸
最小值	最大值	最小值	最大值
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

6.2 订购信息

部件/订单编号	标记	运输包装	封装	温度
664G - 01LF	664G - 01L	管装	16 引脚 TSSOP	0 至 + 70°C
664G - 01LFT	664G - 01L	卷带包装	16 引脚 TSSOP	0 至 + 70°C
664GI - 01LF	664GI01L	管装	16 引脚 TSSOP	- 40 至 + 85°C
664GI - 01LFT	664GI01L	卷带包装	16 引脚 TSSOP	- 40 至 + 85°C

部件编号后缀“LF”表示无铅配置，符合 RoHS 标准。

七、注意事项

Renesas 提供的技术规格、可靠性数据等资源“按原样”提供，不承担任何明示或暗示的保证责任。开发者需要自行负责选择合适的产品、设计和测试应用，并确保应用符合相关标准和要求。这些资源可能会随时更改，Renesas 仅允许将其用于开发使用 Renesas 产品的应用，禁止其他复制或使用方式。

总之，RENESAS 的 ICS664 - 01 数字视频时钟源在高清电视数字视频设备设计中具有诸多优势，但在实际应用中，我们需要充分考虑其特性和设计要点，以确保系统的稳定运行。大家在使用类似时钟源的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享。