遙遙領(lǐng)先的Skyworks電子為基于FPGA的設(shè)計(jì)選擇最佳解決方案
Skyworks進(jìn)口晶振?，F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)廣泛應(yīng)用于從嵌入式計(jì)算到高速串行數(shù)字通信的各種應(yīng)用中。FPGA具有可重構(gòu)硬件和密集的高速邏輯功能，是實(shí)現(xiàn)高性能、靈活設(shè)計(jì)的理想選擇。作為其高密度架構(gòu)的一部分，F(xiàn)PGA包含內(nèi)部整數(shù)和分?jǐn)?shù)
鎖相環(huán)(pll)用于頻率合成。
這種架構(gòu)導(dǎo)致了一個(gè)簡單的問題:為了優(yōu)化性能和簡化設(shè)計(jì)，基于FPGA的設(shè)計(jì)應(yīng)該在什么時(shí)候使用內(nèi)部鎖相環(huán)，而不是分立振蕩器或時(shí)鐘IC?控制平面時(shí)序FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)為包括高速邏輯、數(shù)字信號(hào)處理和嵌入式存儲(chǔ)器在內(nèi)的功能塊提供低傾斜時(shí)鐘源。內(nèi)部鎖相環(huán)也用于產(chǎn)生全局和區(qū)域時(shí)鐘和其他高扇出，低傾斜控制信號(hào)。需要外部輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)這些內(nèi)部鎖相環(huán)。如圖1所示，通常使用簡單的定頻石英晶體振蕩器來提供這些參考。開發(fā)人員在選擇振蕩器以提供FPGA控制平面時(shí)序時(shí)應(yīng)考慮三個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn):
長期可靠性
FPGA通常用于具有長生命周期的應(yīng)用中，這使得確保所有板級組件的額定長期運(yùn)行非常重要。振蕩器是一個(gè)關(guān)鍵問題，因?yàn)榛谑⒕w的組件在許多電子應(yīng)用中負(fù)責(zé)最高的場回報(bào)率。晶體容易受到污染問題的影響，這會(huì)影響啟動(dòng)和頻率隨時(shí)間和溫度的漂移。為了保證長期的可靠性，開發(fā)人員應(yīng)該選擇保證長期運(yùn)行的振蕩器。適當(dāng)?shù)恼袷幤鲬?yīng)保證至少10年的工作壽命，并指定在加速溫度下(例如，40攝氏度或更高)的壽命老化
板級抗擾度
FPGA通常在開關(guān)電源包圍的嘈雜環(huán)境中工作。此外，F(xiàn)PGA會(huì)產(chǎn)生影響VDD和地平面的噪聲。盡量減少這種噪音的成本相對較高，而且無法完全消除。在選擇振蕩器時(shí)，一個(gè)重要的考慮因素是電源噪聲濾波。具有內(nèi)部電源電壓調(diào)節(jié)的振蕩器提供噪聲抑制，通過確保設(shè)備在受到系統(tǒng)級噪聲時(shí)不違反其規(guī)定的抖動(dòng)規(guī)格，從而實(shí)現(xiàn)更有彈性的操作。
可用性
由于與石英加工、模具組裝和包裝相關(guān)的材料密集型、復(fù)雜的制造過程，振蕩器可能需要花費(fèi)大量時(shí)間來采購。定制頻率振蕩器可能需要更長的時(shí)間才能獲得。選擇可用于快速，快速交付的振蕩器，無論是在分銷商庫存還是由供應(yīng)商快速編程。快速的組件可用性簡化了原型設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了更快的設(shè)計(jì)

收發(fā)器時(shí)鐘
除了可靠性、電源噪聲抑制性能和可用性外，開發(fā)人員還應(yīng)該考慮基于FPGA的收發(fā)器時(shí)鐘應(yīng)用的其他因素。對于高速串行數(shù)據(jù)通信(例如，10/40/100G以太網(wǎng)，光傳輸網(wǎng)絡(luò)[OTN]， 3G-SDI, CPRI和PCI Express)，參考時(shí)鐘選擇至關(guān)重要，因?yàn)闀r(shí)鐘抖動(dòng)會(huì)對收發(fā)器誤碼率產(chǎn)生不利影響。更復(fù)雜的是，多速率應(yīng)用需要一系列不同的參考頻率。如圖1所示，硬件設(shè)計(jì)人員通常有三種收發(fā)器參考時(shí)鐘選項(xiàng):
內(nèi)部整數(shù)或分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)
高性能FPGA包括內(nèi)部整數(shù)/分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)，可用于收發(fā)器時(shí)鐘。這些鎖相環(huán)在整數(shù)模式下工作時(shí)提供最低的抖動(dòng)。當(dāng)用于分?jǐn)?shù)時(shí)鐘合成時(shí)，犧牲了一些抖動(dòng)性能。雖然該解決方案的抖動(dòng)性能在某些應(yīng)用中是可以接受的，但分立振蕩器和時(shí)鐘可以提供更低的抖動(dòng)并更好地優(yōu)化FPGA收發(fā)器性能。
石英晶體振蕩器
單頻振蕩器可用于時(shí)鐘固定速率的應(yīng)用。對于多速率收發(fā)器，串行可編程到寬頻率范圍的I2C可編程振蕩器是一種優(yōu)越的解決方案。I2C可編程振蕩器的一個(gè)好處是它們可以與FPGA的整數(shù)鎖相環(huán)結(jié)合使用。振蕩器可以提供低抖動(dòng)的分?jǐn)?shù)時(shí)鐘合成，F(xiàn)PGA的內(nèi)部鎖相環(huán)可以提供進(jìn)一步的整數(shù)時(shí)鐘乘法和低傾斜時(shí)鐘路由。
時(shí)鐘發(fā)生器/抖動(dòng)衰減時(shí)鐘IC
對多個(gè)FPGA收發(fā)器進(jìn)行時(shí)鐘處理的最高性能方法是使用多輸出時(shí)鐘發(fā)生器/抖動(dòng)衰減時(shí)鐘。除了提供控制平面時(shí)鐘外，頻率敏捷時(shí)鐘發(fā)生器還可用于時(shí)鐘收發(fā)器。對于需要同步的應(yīng)用(例如，SONET/SDH，同步以太網(wǎng)，廣播視頻和CPRI)，需要抖動(dòng)衰減時(shí)鐘IC。這些器件將超低相位噪聲壓控振蕩器(vco)與低帶寬鎖相環(huán)(0.1 Hz至1 kHz典型)集成在一起，除了超低抖動(dòng)頻率合成外，還提供抖動(dòng)/徘徊濾波。抖動(dòng)衰減時(shí)鐘還提供無命中切換，該特性在切換期間吸收兩個(gè)輸入時(shí)鐘之間的相位差。這最大限度地降低了下游低帶寬鎖相環(huán)由于時(shí)鐘重排而失去鎖的風(fēng)險(xiǎn)。最后，抖動(dòng)衰減時(shí)鐘提供了一個(gè)保留參考時(shí)鐘功能，確保收發(fā)器在參考時(shí)鐘不可用的情況下保持正常運(yùn)行。這個(gè)關(guān)鍵任務(wù)特性對于需要99.999%可用性的通信應(yīng)用程序是必不可少的。

型號(hào)	描述	輸出頻率	相位抖動(dòng)
Si510/11	單頻低抖動(dòng)XO	0.1 – 250 MHz	0.8 ps
Si514	I2C-可編程的低抖動(dòng)XO	0.1 – 250 MHz	0.8 ps
Si530/31	單頻超低抖動(dòng)XO	10 – 1417 MHz	0.3 ps
Si570	I2C-可編程低抖動(dòng)XO	10 – 1417 MHz	0.3 ps
Si53306	通用時(shí)鐘緩沖區(qū)/電平轉(zhuǎn)換器，4個(gè)輸出	1 – 725 MHz	45 fs
Si53301	通用時(shí)鐘緩沖區(qū)/電平轉(zhuǎn)換器，6個(gè)輸出
Si53302	通用時(shí)鐘緩沖區(qū)/電平轉(zhuǎn)換器，10個(gè)輸出
Si5335	任意頻率，任意輸出時(shí)鐘發(fā)生器，引腳控制	1 – 350 MHz	1 ps
Si5338	任意頻率，任意輸出時(shí)鐘發(fā)生器, I2C 控制	0.160 – 710 MHz	1 ps
Si5317	抖動(dòng)更清晰，引腳控制	1 – 710 MHz	0.3 ps
Si5326	任意頻率的抖動(dòng)衰減時(shí)鐘, I2C/SPI 控制	0.002 – 1417 MHz
Si5328	10/40/100G 同步以太網(wǎng)時(shí)鐘, I2C/SPI	0.008 – 808 MHz

結(jié)論
最終，由硬件工程師為其基于FPGA的應(yīng)用選擇正確的內(nèi)部和外部時(shí)鐘解決方案組合?，F(xiàn)在硬件設(shè)計(jì)師比以往任何時(shí)候都有更廣泛的時(shí)間選擇來優(yōu)化他們的下一次設(shè)計(jì)

Skywork原廠編碼	生產(chǎn)商	型號(hào)	類型	頻率	輸出	電源電壓	頻率穩(wěn)定度
510KBA25M0000BAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	25 MHz	CMOS	1.8V	±25ppm
511BBA125M000BAGR	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511FBA125M000BAGR	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
510ABA148M500BAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	148.5 MHz	LVPECL	3.3V	±25ppm
510BBA156M250BAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	156.25 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511FBA000330BAGR	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
511BBA100M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	100 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511BBA125M000AAG	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511BBA100M000AAG	Skyworks晶振	Si511	XO	100 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511BBA200M000AAG	Skyworks晶振	Si511	XO	200 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
530BB125M000DG	Skyworks晶振	Si530	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±20ppm
531BC125M000DG	Skyworks晶振	Si531	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±7ppm
570BAB000544DG	Skyworks晶振	Si570	XO	156.25 MHz	LVDS	3.3V	±50ppm
510BBA125M000AAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
510BBA156M250AAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	156.25 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511ABA156M250AAGR	Skyworks晶振	Si511	XO	156.25 MHz	LVPECL	3.3V	±25ppm
511BBA200M000BAGR	Skyworks晶振	Si511	XO	200 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
510MCA50M0000AAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	50 MHz	CMOS	3.3V	±20ppm
511BCA160M000BAGR	Skyworks晶振	Si511	XO	160 MHz	LVDS	3.3V	-
510KBA100M000BAG	Skyworks晶振	Si510	XO	100 MHz	CMOS	1.8V	±25ppm
511BBA74M2500BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	74.25 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
510BBA125M000BAG	Skyworks晶振	Si510	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511FBA125M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
511BBA125M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
510BBA100M000BAG	Skyworks晶振	Si510	XO	100 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511FBA100M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	100 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
510FBA125M000BAG	Skyworks晶振	Si510	XO	125 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
510KCA125M000BAG	Skyworks晶振	Si510	XO	125 MHz	CMOS	1.8V	±20ppm
511BBA000110BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	148.35165 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511FBA156M250BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	156.25 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
511BBA148M500BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	148.5 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511JBA125M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	125 MHz	LVDS	1.8V	±25ppm
511FBA200M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	200 MHz	LVDS	2.5V	±25ppm
510BBA200M000BAG	Skyworks晶振	Si510	XO	200 MHz	LVDS	3.3V	±25ppm
511JBA100M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	100 MHz	LVDS	1.8V	±25ppm
511FCA25M0000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	25 MHz	LVDS	2.5V	±20ppm
511FCA100M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	100 MHz	LVDS	2.5V	±20ppm
511SBA156M250BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	156.25 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
511JBA135M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	135 MHz	LVDS	1.8V	±25ppm
511JBA200M000BAG	Skyworks晶振	Si511	XO	200 MHz	LVDS	1.8V	±25ppm
530BA125M000DG	Skyworks晶振	Si530	XO	125 MHz	LVDS	3.3V	±50ppm
531BC106M250DG	Skyworks晶振	Si531	XO	106.25 MHz	LVDS	3.3V	±7ppm
535AC100M000DG	Skyworks晶振	Si535	XO	100 MHz	LVPECL	3.3V	±7ppm
510CBA25M0000BAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	25 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
510CBA100M000BAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	100 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
510CBA125M000BAGR	Skyworks晶振	Si510	XO	125 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm

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