現(xiàn)在汽車電子產(chǎn)品的發(fā)展比以往任何時(shí)候都快，特別是在各制造商都在將功能豐富的信息娛樂系統(tǒng)和高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)導(dǎo)入到產(chǎn)品線，并同時(shí)開發(fā)全自動駕駛汽車的時(shí)候。先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)有助于這些新型汽車系統(tǒng)的快速開發(fā)和部署，半導(dǎo)體制造商也將越來越多汽車級產(chǎn)品推向市場，包括更高帶寬的處理器、GPU、高速 PCI-Express 交換機(jī)和以太網(wǎng)交換機(jī) SoC/PHY 以及 FPGA。采用最新一代的汽車級 IC 平臺和連接解決方案，可在系統(tǒng)能力、功能、性能和成本方面帶來顯著的效益改善，但設(shè)計(jì)的復(fù)雜性也為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了新的挑戰(zhàn)。

 

這些挑戰(zhàn)之一就是滿足處理器、FPGA、交換機(jī) SoC、以太網(wǎng) PHY、USB PHY 和 PCI-Express Gen3/4 端點(diǎn)中高速 SerDes 對高精度、低抖動參考時(shí)鐘日益增長的需求，進(jìn)而滿足汽車網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、信息娛樂系統(tǒng)、數(shù)字駕駛艙、ADAS、激光雷達(dá)和自動駕駛控制單元的需要。在這些不斷發(fā)展的新應(yīng)用中，精密參考時(shí)鐘所需的數(shù)量正在穩(wěn)定增加，需要對不同時(shí)鐘同時(shí)提供單端和差分時(shí)鐘格式，以及低至 300fs 的 RMS 相位抖動要求。

 

汽車電子技術(shù)的發(fā)展

 

過去，汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用較低帶寬的處理器和微控制器，每塊電路板設(shè)計(jì)只需要一到兩個(gè)單端參考時(shí)鐘頻率。滿足這些時(shí)序要求很簡單，因?yàn)樗鼈冎恍枋褂靡粌蓚€(gè)石英晶體或晶體振蕩器。隨著現(xiàn)代汽車電子設(shè)計(jì)所使用參考時(shí)鐘的數(shù)量增加，滿足時(shí)序要求最簡單的方法是添加更多的石英晶體或振蕩器，然而，調(diào)整石英元件數(shù)量的方法有許多缺點(diǎn)和局限性。除了會增加電路板空間和成本外，石英晶體和振蕩器先天上容易遭受沖擊和振動故障，有很高的時(shí)間故障(FIT)率。增加石英晶體和振蕩器的數(shù)量，會增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的故障點(diǎn)數(shù)，以及長期可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

 

多年來，通信、運(yùn)算、工業(yè)和消費(fèi)類市場一直使用集成式硅基時(shí)鐘發(fā)生器解決方案，而非石英晶體和振蕩器，來滿足對精確參考時(shí)鐘時(shí)序的要求。為確保系統(tǒng)正常工作并將誤碼率降至最低，高精準(zhǔn)度、低抖動的參考時(shí)鐘在高速設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。隨著處理器速度和 SerDes 帶寬水平的提高，對參考時(shí)鐘的抖動要求也越來越難以滿足。最新一代汽車網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、ADAS 傳感器和自動駕駛平臺目前正使用高帶寬處理器、FPGA、1G/10GbE 連接和 PCI-Express Gen3/4/5 數(shù)據(jù)總線，它們要求差分時(shí)鐘的相位抖動低于 500fs RMS。時(shí)鐘發(fā)生器可以將多達(dá)八個(gè)石英晶體或振蕩器的功能集成到一個(gè) IC 中，并能在時(shí)鐘輸出上提供優(yōu)異的 RMS 相位抖動性能(＜300fs RMS)，同時(shí)提供許多附加功能和優(yōu)點(diǎn)，而有助于系統(tǒng)簡化參考時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。

 

時(shí)鐘樹要求持續(xù)增長

 

通過整理系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的參考時(shí)鐘組合，可以簡化選擇和確定最佳時(shí)序解決方案。一組參考時(shí)鐘通常被稱為“時(shí)鐘樹”。時(shí)鐘樹通常包括輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘、端點(diǎn)所需的輸出時(shí)鐘頻率、時(shí)鐘輸出電平格式，以及每個(gè)參考時(shí)鐘的最大抖動性能水平——其通常由每個(gè)端點(diǎn)器件制造商指定(表 1)。