探索DS1087L：3.3V擴(kuò)頻EconOscillator的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，時(shí)鐘發(fā)生器是許多系統(tǒng)中不可或缺的組件。今天，我們要深入探討DALLAS SEMICONDUCTOR（現(xiàn)屬MAXIM）的DS1087L 3.3V擴(kuò)頻EconOscillator，它在眾多應(yīng)用中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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一、概述

DS1087L是一款時(shí)鐘發(fā)生器，能夠產(chǎn)生頻率范圍從130kHz到66.6MHz的擴(kuò)頻（抖動(dòng)）方波輸出。該器件在出廠時(shí)已針對(duì)特定頻率和擴(kuò)頻百分比進(jìn)行編程，用戶還可通過2線編程接口訪問內(nèi)部頻率分頻器、選擇2%或4%的抖動(dòng)輸出以及設(shè)置可編程輸出掉電/禁用模式。所有設(shè)備設(shè)置都存儲(chǔ)在非易失性（NV）EEPROM中，使其能夠在獨(dú)立應(yīng)用中運(yùn)行。此外，DS1087L還具備掉電和輸出使能控制引腳，適用于對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

DS1087L的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、個(gè)人電腦、計(jì)算機(jī)外設(shè)、手機(jī)和電纜調(diào)制解調(diào)器等領(lǐng)域。這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性和電磁干擾（EMI）抑制有較高要求，而DS1087L正好能夠滿足這些需求。

三、特性亮點(diǎn)

1. 工廠編程方波發(fā)生器

DS1087L提供從130kHz到66.6MHz的方波輸出，無需外部定時(shí)組件，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程。同時(shí)，它還能有效降低EMI，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。

2. 寬電源電壓范圍

支持2.7V至3.6V的電源電壓，用戶可通過分頻器將頻率編程至低至130kHz（具體取決于主振蕩器頻率）。

3. 可選抖動(dòng)輸出

提供2%或4%的可選抖動(dòng)輸出，用戶可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，以進(jìn)一步降低EMI。

4. 無毛刺輸出使能控制

確保輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，避免在輸出使能時(shí)出現(xiàn)毛刺，提高系統(tǒng)的可靠性。

5. 2線串行接口

方便用戶進(jìn)行編程和配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的靈活控制。

6. 非易失性設(shè)置

設(shè)備設(shè)置存儲(chǔ)在EEPROM中，即使斷電也能保留，無需重新配置。

7. 掉電模式和可編程輸出掉電/禁用模式

可有效降低功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，適用于對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。

四、訂購信息

DS1087L有多種型號(hào)可供選擇，如DS1087LU - yxx，其工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，采用8SOP（118 mils）封裝。同時(shí)，還提供定制頻率和超過20種標(biāo)準(zhǔn)頻率選項(xiàng)，如有需求可聯(lián)系工廠。

五、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

• VCC相對(duì)于地的電壓范圍為 - 0.5V至 + 6.0V。
• SPRD、PDN、OE、SDA、SCL相對(duì)于地的電壓范圍為 - 0.5V至（VCC + 0.5V），但此電壓不得超過6.0V。
• 工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

  2. 推薦直流工作條件

• 電源電壓范圍為2.7V至3.6V。
• 高電平輸入電壓（SDA、SCL、SPRD、PDN、OE）為0.7 x VCC至VCC + 0.3V。
• 低電平輸入電壓（SDA、SCL、SPRD、PDN、OE）為 - 0.3V至0.3 x VCC。

  3. 直流電氣特性

• 高電平輸出電壓（OUT）在I OH = - 4mA、VCC = min時(shí)為2.4V。
• 低電平輸出電壓（OUT）在I OL = 4mA時(shí)最大為0.4V。
• 低電平輸出電壓（SDA）在3mA灌電流時(shí)為0至0.4V，在6mA灌電流時(shí)為0至0.6V。
• 高電平輸入電流在VCC = 3.6V時(shí)最大為1μA。
• 低電平輸入電流在VIL = 0時(shí)為 - 1μA。
• 有源電源電流（I CC）在CL = 15pF（輸出頻率為f0）時(shí)最大為15mA。
• 待機(jī)電流（I CCQ）在掉電模式下最大為5μA。

  4. 主振蕩器特性

• 主振蕩器頻率范圍為33.3MHz至66.6MHz。
• 主振蕩器頻率容差在Vcc = 3.3V、TA = + 25°C時(shí)為 - 0.5%至 + 0.5%。
• 電壓頻率變化在電壓范圍內(nèi)、TA = + 25°C時(shí)為 - 0.75%至 + 0.75%。
• 溫度頻率變化在0°C至 + 70°C、Vcc = 3.3V時(shí)為 - 0.5%至 + 0.5%，在 - 40°C至 + 85°C、Vc = 3.3V時(shí)為 - 1.5%至 + 0.5%。
• 抖動(dòng)頻率范圍在預(yù)分頻器位J0 = 1時(shí)為2%，J0 = 0時(shí)為4%。
• 抖動(dòng)速率為f0/4096 Hz。

  5. 交流電氣特性

• 預(yù)分頻器更改后頻率穩(wěn)定時(shí)間為1個(gè)周期。
• 上電時(shí)間（t POR + t STAB）為0.1至0.5ms。
• 退出掉電模式后OUT使能時(shí)間為500μs。
• 進(jìn)入掉電模式后OUT禁用時(shí)間為1ms。
• 負(fù)載電容范圍為15至50pF。
• 輸出占空比（OUT）在TA = + 25°C時(shí)為45%至55%。

  6. 2線接口交流電氣特性

• SCL時(shí)鐘頻率在快速模式下最大為400kHz，標(biāo)準(zhǔn)模式下為100kHz。
• 停止和啟動(dòng)條件之間的總線空閑時(shí)間在快速模式下為1.3μs，標(biāo)準(zhǔn)模式下為4.7μs。
• 重復(fù)啟動(dòng)的保持時(shí)間在快速模式下為0.6μs，標(biāo)準(zhǔn)模式下為4.0μs。
• SCL的低電平周期在快速模式下為1.3μs，高電平周期在快速模式下為0.6μs，標(biāo)準(zhǔn)模式下為4.0μs。
• 重復(fù)啟動(dòng)的建立時(shí)間在快速模式下為0.6μs，標(biāo)準(zhǔn)模式下為4.7μs。
• 數(shù)據(jù)保持時(shí)間在快速模式和標(biāo)準(zhǔn)模式下均為0至0.9μs。
• 數(shù)據(jù)建立時(shí)間在快速模式下為100ns，標(biāo)準(zhǔn)模式下為250ns。
• SDA和SCL信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間在快速模式下為20 + 0.1CB至300ns，標(biāo)準(zhǔn)模式下為20 + 0.1CB至1000ns。
• 停止條件的建立時(shí)間在快速模式下為0.6μs，標(biāo)準(zhǔn)模式下為4.0μs。
• 每條總線的電容負(fù)載最大為400pF。
• NV寫周期時(shí)間為10ms。
• 輸入電容為5pF。

六、詳細(xì)描述

1. 輸出頻率

內(nèi)部主振蕩器可產(chǎn)生頻率范圍為33.3MHz至66.6MHz的方波。主振蕩器頻率和輸出頻率在出廠時(shí)已編程，用戶可使用可編程分頻器將主振蕩器頻率除以2x（x取值為0至8）。

2. 輸出控制和掉電

通過兩個(gè)用戶控制信號(hào)（OE和PDN）控制輸出。OE引腳用于使能時(shí)鐘輸出緩沖器，PDN引腳用于禁用主振蕩器并關(guān)閉輸出，適用于對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。上電時(shí)，輸出在電源穩(wěn)定且主振蕩器產(chǎn)生512個(gè)時(shí)鐘周期之前處于禁用狀態(tài)。

3. 擴(kuò)頻功能

DS1087L可降低輻射發(fā)射峰值，輸出頻率可在編程頻率的基礎(chǔ)上抖動(dòng)2%或4%。抖動(dòng)由PRESCALER寄存器中的J0位控制，并通過SPRD引腳使能。當(dāng)預(yù)分頻器設(shè)置為1時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最大頻譜衰減，預(yù)分頻器每增加2倍，頻譜衰減降低2.7dB。

七、寄存器總結(jié)

DS1087L的寄存器用于更改抖動(dòng)量、輸出頻率和從地址。主要寄存器包括：

1. PRESCALER寄存器

• 位5：輸出低電平或高阻態(tài)控制。
• 位4：抖動(dòng)控制，J0位為高時(shí)選擇2%峰值抖動(dòng)，為低時(shí)選擇4%峰值抖動(dòng)。
• 位3至0：預(yù)分頻器分頻，可將主振蕩器頻率除以2x（x取值為0至8）。

  2. ADDR寄存器

• 位3：寫控制，決定在寄存器內(nèi)容更改后是否寫入EEPROM。
• 位2至0：地址，確定2線從地址的低半字節(jié)。

  3. WRITE EE命令

  在閉環(huán)應(yīng)用中，當(dāng)寄存器頻繁寫入時(shí)，可將WC位設(shè)置為1，以防止EEPROM磨損。收到WRITE EE命令后，寄存器內(nèi)容將被復(fù)制到EEPROM中，鎖定寄存器設(shè)置。

八、2線串行端口操作

DS1087L通過2線串行接口進(jìn)行通信，遵循特定的總線協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸只能在總線不忙時(shí)啟動(dòng)，在時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定。定義了標(biāo)準(zhǔn)模式（100kHz時(shí)鐘速率）和快速模式（400kHz時(shí)鐘速率），DS1087L可在兩種模式下工作。每個(gè)接收設(shè)備在接收到字節(jié)后必須產(chǎn)生一個(gè)確認(rèn)位，主設(shè)備必須生成一個(gè)與該確認(rèn)位相關(guān)的額外時(shí)鐘脈沖。

九、應(yīng)用信息

1. 電源去耦

為獲得最佳性能，建議使用0.01uF和0.1uF的高質(zhì)量陶瓷表面貼裝電容對(duì)電源進(jìn)行去耦。這些電容應(yīng)盡可能靠近VCC和GND引腳放置，以減少引線電感，提高高頻響應(yīng)。

2. 獨(dú)立模式

即使在獨(dú)立模式下，SCL和SDA也不能浮空。如果DS1087L在生產(chǎn)測(cè)試期間不需要在線編程，SDA和SCL可接高電平。

十、典型工作電路

提供了處理器控制模式和獨(dú)立模式的典型工作電路，用戶可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

DS1087L作為一款功能強(qiáng)大的時(shí)鐘發(fā)生器，在頻率范圍、擴(kuò)頻功能、功耗控制等方面表現(xiàn)出色，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)提供了可靠的選擇。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的時(shí)鐘發(fā)生器，它們的表現(xiàn)如何呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。