LMKDB11xx系列：PCIe時(shí)鐘緩沖器的卓越之選

在當(dāng)今高速發(fā)展的電子世界里，PCIe技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，從服務(wù)器到高性能計(jì)算系統(tǒng)，對時(shí)鐘緩沖器的性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求。TI推出的LMKDB11xx系列，正是滿足這些需求的理想解決方案。

文件下載：lmkdb1112.pdf

系列概述

LMKDB11xx系列包含LMKDB1102、LMKDB1104、LMKDB1104FS、LMKDB1108、LMKDB1108FS、LMKDB1112、LMKDB1120、LMKDB1120FS等型號，是一系列超低附加抖動的LP - HCSL時(shí)鐘緩沖器和時(shí)鐘復(fù)用器，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是滿足PCIe Gen 1至Gen 7的應(yīng)用需求。

核心特性亮點(diǎn)

1. 兼容性強(qiáng)：支持PCIe Gen 1到Gen 7的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)兼容CC（Common Clock）和IR（Independent Reference）PCIe架構(gòu)，輸入時(shí)鐘可帶或不帶SSC，還能適配Intel DB2000QL和DB1206標(biāo)準(zhǔn)，其中LMKDB1120與DB2000QL引腳兼容，LMKDB1112與DB1206引腳兼容。這種廣泛的兼容性使得該系列產(chǎn)品能夠輕松融入各種PCIe系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為工程師提供了極大的便利。
2. 超低附加抖動：在時(shí)鐘控制領(lǐng)域，抖動是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo)。LMKDB11xx系列在這方面表現(xiàn)出色，如在156.25MHz時(shí)，最大12kHz至20MHz RMS附加抖動僅為31fs；對于PCIe Gen 4、Gen 5、Gen 6和Gen 7，最大附加抖動分別低至13fs、5fs、3fs和2.1fs。如此低的抖動能夠確保時(shí)鐘信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，減少數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)的整體性能。
3. 多重安全特性：具備故障安全輸入和輸出（部分型號）功能。當(dāng)設(shè)備掉電時(shí)，輸入時(shí)鐘仍可正常運(yùn)行，輸入引腳可在掉電時(shí)被驅(qū)動到VDD而不產(chǎn)生泄漏或可靠性問題；部分帶“FS”后綴的型號，輸出在掉電時(shí)也能被驅(qū)動到VDD。此外，還具備靈活的上電順序、自動輸出禁用、單個(gè)輸出使能、SBI（Side Band Interface）高速輸出使能或禁用以及LOS（Loss of Signal）輸入檢測等功能，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
4. 供電與溫度適應(yīng)性：支持1.8V / 3.3V ± 10%的電源供電，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境；工作環(huán)境溫度范圍為-40°C至105°C，適用于各種惡劣的工業(yè)和商業(yè)環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域及案例

應(yīng)用場景

該系列產(chǎn)品具有出色的性能和豐富的特性，適用于多個(gè)領(lǐng)域：

• 高性能計(jì)算：在服務(wù)器主板等高性能計(jì)算設(shè)備中，對時(shí)鐘信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性要求極高。LMKDB11xx系列的超低抖動和高兼容性，能夠滿足服務(wù)器對高速數(shù)據(jù)傳輸和處理的需求，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：如NIC/SmartNIC，需要精確的時(shí)鐘同步來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。LMKDB11xx系列可以提供可靠的時(shí)鐘信號，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和錯(cuò)誤，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能和可靠性。
• 硬件加速器：在一些需要高速數(shù)據(jù)處理的硬件加速器中，LMKDB11xx系列可以為其提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源，確保加速器能夠高效地運(yùn)行，提高處理速度和效率。

設(shè)計(jì)示例

首先，通過RMS加法計(jì)算時(shí)鐘緩沖器的抖動預(yù)算。對于PCIe Gen 5，允許的最大附加抖動為sqrt(502 - 452) = 21fs，而根據(jù)電氣特性表，在Common Clock和≥3.5V/ns輸入擺率的測試條件下，LMKDB1120（20個(gè)輸出）的附加PCIe Gen 5抖動最大為13fs，遠(yuǎn)低于要求，因此可用于PCIe Gen 5時(shí)鐘分配。

同理，對于156.25MHz時(shí)鐘，允許的12kHz至20MHz最大附加抖動為sqrt(1002 - 902) = 43fs，而LMKDB1108（8個(gè)輸出）在該頻率下的12kHz至20MHz附加抖動最大為31fs，滿足要求，可用于以太網(wǎng)時(shí)鐘分配。

電氣特性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

詳細(xì)電氣特性

• 時(shí)鐘輸入要求：要求時(shí)鐘輸入交叉點(diǎn)電壓在100 - 1400mV之間，輸入占空比為45 - 55%等，不同的輸入頻率對差分輸入幅度有不同要求，如f0 ≤ 300MHz時(shí)，差分時(shí)鐘輸入幅度為200 - 2000mV；300MHz < f0 ≤ 400MHz時(shí)，為250 - 2000mV。
• 時(shí)鐘輸出特性：不同的測試負(fù)載和輸出阻抗下，輸出電壓高、低以及其他相關(guān)參數(shù)都有明確的范圍。例如，在100MHz 85Ω PCIe測試條件下，DB2000QL AC測試負(fù)載時(shí)，輸出電壓高為670 - 820mV，輸出電壓低為 - 100 - 100mV等。同時(shí)，輸出還具有可編程的擺率、幅度擺幅和精確的輸出阻抗，輸出阻抗可準(zhǔn)確調(diào)整到±5%，有助于提高阻抗匹配和時(shí)鐘信號完整性。
• 頻率和時(shí)序特性：工作頻率在自動輸出禁用功能禁用時(shí)為1 - 400MHz，啟用時(shí)為25 - 400MHz；啟動時(shí)間、時(shí)鐘穩(wěn)定時(shí)間、掉電恢復(fù)時(shí)間等都有明確的指標(biāo)，如啟動時(shí)間在不同條件下為0.4 - 0.8ms等。
• 抖動特性：對于不同的PCIe版本和測試條件，抖動指標(biāo)都有詳細(xì)規(guī)定。例如，在PCIe Gen 5 CC模式下，輸入擺率≥3.5V/ns，差分輸入擺幅≥1600mV時(shí)，LMKDB1120的抖動最大為4.9fs，體現(xiàn)了其在低抖動方面的卓越性能。

設(shè)計(jì)建議

• 電源設(shè)計(jì)：建議在每個(gè)電源引腳附近放置0.1μF的電容，為了減少VDDA、VDD_IN0和VDD_IN1上的噪聲，可在引腳旁邊放置2.2Ω的電阻。整個(gè)芯片可使用鐵氧體磁珠和10μF的電容接地。對于MUX設(shè)備，如果兩個(gè)輸入使用不同頻率，則需要增加更多鐵氧體磁珠來隔離輸入和相應(yīng)的輸出組。
• 布局設(shè)計(jì)：使用低電感的接地連接，使設(shè)備DAP與PCB之間良好接地；匹配PCB走線阻抗與設(shè)備輸出阻抗（85Ω或100Ω差分阻抗），消除走線中的短截線并減少傳輸線上的不連續(xù)性，以確保信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。

寄存器映射與功能模式

寄存器映射

不同型號的LMKDB11xx系列產(chǎn)品有各自的寄存器映射，這些寄存器用于控制輸出使能、自動輸出禁用、輸入配置、輸出擺率選擇等功能。例如，LMKDB1120和LMKDB1120FS有多個(gè)寄存器用于不同輸出組的使能控制、SBI掩碼設(shè)置、輸出擺率選擇等。通過對這些寄存器的配置，工程師可以靈活地調(diào)整設(shè)備的工作狀態(tài)，以滿足不同的設(shè)計(jì)需求。

功能模式

• SMBus模式：通過SMBus引腳可以對設(shè)備的SMBus寄存器進(jìn)行讀寫操作，通過設(shè)置SADR1和SADR0引腳來確定SMBus地址。這種模式下可以進(jìn)行字節(jié)讀寫和塊讀寫操作，方便工程師對設(shè)備進(jìn)行配置和監(jiān)控。
• SBI模式：SBI是一種簡單的3線或4線串行接口，由SHFT_LD#、SBI_IN、SBI_CLK和SBI_OUT（可選）引腳組成。當(dāng)SHFT_LD#引腳為高電平時(shí)，SBI_CLK的上升沿將SBI_IN的數(shù)據(jù)移入移位寄存器；移位完成后，SHFT_LD#的下降沿將移位寄存器的內(nèi)容加載到輸出寄存器。SBI寄存器還可以通過SBI_OUT引腳移出，形成菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。啟用SBI模式不會禁用SMBus，且在PWRGD/PWRDN#引腳為低電平時(shí)也可訪問SBI寄存器。
• 引腳模式：如果不需要SMBus或SBI接口，可以讓相應(yīng)的引腳浮空，設(shè)備可以通過OE#引腳直接控制輸出的使能或禁用，操作簡單直接，適用于一些對配置要求不復(fù)雜的應(yīng)用場景。

總結(jié)

LMKDB11xx系列PCIe時(shí)鐘緩沖器以其卓越的性能、廣泛的兼容性和豐富的功能特性，為電子工程師在PCIe相關(guān)設(shè)計(jì)中提供了強(qiáng)大而可靠的選擇。無論是在高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還是硬件加速器等領(lǐng)域，它都能夠滿足嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求，幫助工程師打造出更加穩(wěn)定、高效的電子系統(tǒng)。你在使用類似時(shí)鐘緩沖器的過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。