使用同一时钟源产生多个时钟时,要留意的问题

在使用同一时钟源产生多个时钟时,一个常见的问题是噪声。

这通常表现为存在于噪底之上的杂散,这是因为单一时钟源被倍频或分频为多个时钟。偏移各时钟的相邻沿可以降低噪声杂散,或者完全消除杂散,这具体取决于系统的时序裕量。这一现象是一个时间变量系统,其中时钟信号的破坏与时域中的干扰位置相关。干扰位置是固定的,因此时钟的破坏程度与干扰的幅度成比例,就像在线性系统中一样。

ADIAD9516 两路输出为例,一路是 100MHz 的输出连接到 ADC,另一路 25MHz 输出1/4×fSAMPLE)为FPGA 提供时钟信号。两个输出时钟的上升沿和下降沿几乎是同时的。结果是耦合效应,因为每 10ns 出现两个快速移动的高带宽时钟边沿,而不是所需的时钟边沿。在此过渡期间,内部或外部噪声必须非常低,因为抖动或噪声存在于时钟的过渡区域时会破坏ADC时序。提高摆率以加快时钟边沿(阈值面积相应变小)必然会缩短阈值期间噪声存在的时间,从而有效减少引入系统的均方根抖动量。在时钟稳定状态(高电平和低电平)期间,时钟噪声没有影响。因此,只需要延迟25MHz或100MHz时钟就可以扩展两者的时间并移动干扰位置。换句话说,一个时钟的转换沿应该安排在另一个时钟的稳定状态期间发生。

实质上,这涉及由一条走线和另一条相邻走线之间的串扰引起的抖动(噪声)。如果一条走线承载信号,而相邻的平行走线承载变化的电流,则信号走线中会产生电压;如果是时钟信号,时钟边沿的时间会被调制。如果这些时钟沿出现在几乎同一时间,就会发生问题。