IDT 9FGL04：高性能 4 輸出 3.3V PCIe 時(shí)鐘發(fā)生器詳解

在 PCIe 時(shí)鐘生成領(lǐng)域，IDT 的 9FGL04 系列器件憑借其出色的性能和豐富的特性，成為眾多應(yīng)用場(chǎng)景中的理想選擇。今天就和大家詳細(xì)聊聊這款 4 輸出 3.3V PCIe 時(shí)鐘發(fā)生器。

文件下載：9FGL04P1B000KILF.pdf

一、器件概述

9FGL04 是 IDT 3.3V 全功能 PCIe 系列的成員，具備 4 個(gè)輸出使能引腳用于時(shí)鐘管理，支持兩種不同的擴(kuò)頻級(jí)別以及無(wú)擴(kuò)頻模式。它支持 PCIe Gen1 - 4 通用時(shí)鐘架構(gòu)（CC）、PCIe 獨(dú)立參考無(wú)擴(kuò)頻（SRnS）和獨(dú)立參考獨(dú)立擴(kuò)頻（SRIS）時(shí)鐘架構(gòu)。其中，9FGL04P1 還能通過(guò)用戶自定義的上電默認(rèn) SMBus 配置進(jìn)行編程。

推薦應(yīng)用場(chǎng)景

適用于 PCIe Gen1 - 4 時(shí)鐘生成，涵蓋轉(zhuǎn)接卡、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、JBOD、通信、接入點(diǎn)等領(lǐng)域。

二、輸出特性剖析

1. 低功耗 HCSL 差分對(duì)輸出

提供 4 路 100 MHz 低功耗 HCSL（LP - HCSL）差分對(duì)輸出。不同型號(hào)有不同的默認(rèn)輸出阻抗，9FGL0441 默認(rèn) (Z{OUT}=100 Omega)，9FGL0451 默認(rèn) (Z{OUT}=85 Omega)，9FGL04P1 工廠可編程默認(rèn)值。這種設(shè)計(jì)方便直接連接到 100Ω 或 85Ω 傳輸線，相比標(biāo)準(zhǔn) PCIe 設(shè)備節(jié)省了 16 個(gè)電阻。

2. LVCMOS 參考輸出

具備 1 路 3.3V LVCMOS REF 輸出，支持網(wǎng)絡(luò)喚醒（WOL）功能，并且易于與其他邏輯系列進(jìn)行交流耦合。

三、關(guān)鍵規(guī)格亮點(diǎn)

1. 兼容性強(qiáng)

符合 PCIe Gen1 - 2 - 3 - 4 CC 標(biāo)準(zhǔn)以及 PCIe Gen2 - 3 SRIS 標(biāo)準(zhǔn)，確保在不同 PCIe 架構(gòu)下穩(wěn)定工作。

2. 低抖動(dòng)和低偏移

差分對(duì)的周期到周期抖動(dòng)小于 50 ps，輸出到輸出的偏移小于 50 ps。當(dāng)擴(kuò)頻關(guān)閉時(shí)，差分對(duì) 12k - 20M 相位抖動(dòng)小于 2ps rms，REF 相位抖動(dòng)小于 300fs rms（擴(kuò)頻關(guān)閉）和小于 1.5 ps RMS（擴(kuò)頻開啟）。

3. 高頻率精度

所有時(shí)鐘的頻率精度達(dá)到 ±100ppm，保證了時(shí)鐘信號(hào)的準(zhǔn)確性。

四、功能特性與優(yōu)勢(shì)

1. 直接連接傳輸線

可直接連接到 100Ω（xx41）或 85Ω（xx51）傳輸線，減少了外部元件的使用，降低了成本和 PCB 布局的復(fù)雜度。

2. 低功耗設(shè)計(jì)

典型功耗僅 142mW（@3.3V），有效消除了熱問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 可配置性高

通過(guò) SMBus 可選擇多種特性，如控制輸入極性、控制輸入上拉/下拉、每個(gè)輸出的擺率、差分輸出幅度、每個(gè)輸出的 33、85 或 100Ω 輸出阻抗以及擴(kuò)頻量等。41 和 51 設(shè)備包含默認(rèn)配置，無(wú)需 SMBus 接口即可操作；P1 設(shè)備允許工廠編程用戶定義的輸入/輸出頻率和 SMBus 上電默認(rèn)值，能精確滿足客戶需求。

4. 電源管理支持

OE# 引腳支持差分對(duì)電源管理，可根據(jù)系統(tǒng)需求靈活控制輸出的開啟和關(guān)閉。

5. 輸入頻率靈活

9FGL04P1 設(shè)備的輸入頻率范圍為 8MHz - 40MHz（默認(rèn) 25MHz），為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了更多的選擇。

6. 擴(kuò)頻可選

引腳/SMBus 可選擇 0%、 - 0.25% 或 - 0.5% 的擴(kuò)頻，能有效降低 EMI 和相位抖動(dòng)，滿足不同系統(tǒng)的電磁兼容性要求。

7. 干凈啟動(dòng)

差分對(duì)輸出在 PLL 鎖定之前被阻塞，確保系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)干凈、穩(wěn)定。

8. 多設(shè)備共享

具有兩個(gè)可選的 SMBus 地址，多個(gè)設(shè)備可輕松共享 SMBus 段，方便系統(tǒng)擴(kuò)展。

五、引腳配置與說(shuō)明

該器件采用 32 引腳 VFQFPN 封裝，不同引腳具有不同的功能。例如，XIN/CLKIN_25 為晶體輸入或參考時(shí)鐘輸入，標(biāo)稱值為 25MHz；vOE(3:0)# 為輸出使能引腳，低電平有效；REF 為參考輸出引腳等。同時(shí)，不同型號(hào)的引腳在默認(rèn)阻抗等方面存在差異，41/51 設(shè)備的電阻默認(rèn)內(nèi)部連接，P1 設(shè)備可對(duì)每個(gè)輸出的默認(rèn)阻抗進(jìn)行編程。

六、電氣特性分析

1. 絕對(duì)最大額定值

明確了器件在不同參數(shù)下的最大承受范圍，如電源電壓、輸入電壓、存儲(chǔ)溫度等。超出這些范圍可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵守。

2. SMBus 參數(shù)

規(guī)定了 SMBus 接口的輸入輸出電壓、電流、頻率等參數(shù)，確保與外部控制器的通信穩(wěn)定可靠。

3. 輸入/電源/通用參數(shù)

涵蓋了電源電壓、環(huán)境工作溫度、輸入電壓、輸入電流、輸入頻率等關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)決定了器件在正常工作條件下的性能表現(xiàn)。

4. 差分對(duì)低功耗 HCSL 輸出特性

詳細(xì)描述了差分對(duì)輸出的擺率、交叉電壓、時(shí)鐘周期精度、抖動(dòng)、電壓高低、占空比等特性，這些特性直接影響時(shí)鐘信號(hào)的質(zhì)量。

5. 濾波相位抖動(dòng)參數(shù)

針對(duì)不同的 PCIe 架構(gòu)（CC 和 SRIS），給出了相應(yīng)的濾波相位抖動(dòng)參數(shù)，確保在不同架構(gòu)下的時(shí)鐘信號(hào)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6. 電流消耗

說(shuō)明了器件在不同工作狀態(tài)下的電流消耗情況，包括正常工作、網(wǎng)絡(luò)喚醒和掉電狀態(tài)等，有助于進(jìn)行系統(tǒng)的功耗設(shè)計(jì)。

7. REF 輸出特性

對(duì) REF 輸出的長(zhǎng)期精度、時(shí)鐘周期、高低輸出電壓、擺率、占空比、抖動(dòng)等特性進(jìn)行了規(guī)定，保證了參考輸出的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

七、SMBus 接口與配置

通過(guò) SMBus 接口，用戶可以方便地對(duì)器件進(jìn)行配置和控制。詳細(xì)介紹了 SMBus 的讀寫操作流程，以及各個(gè)寄存器的功能和配置方法。例如，輸出使能寄存器可控制差分對(duì)輸出的開啟和關(guān)閉；擴(kuò)頻和 Vhigh 控制寄存器可設(shè)置擴(kuò)頻狀態(tài)和輸出幅度等。

八、推薦晶體與熱特性

1. 推薦晶體特性

推薦使用頻率為 25MHz 的晶體，對(duì)其共振模式、頻率容差、頻率穩(wěn)定性、溫度范圍、等效串聯(lián)電阻、并聯(lián)電容、負(fù)載電容、驅(qū)動(dòng)電平、老化率等參數(shù)都有明確要求，以確保與器件的匹配性。

2. 熱特性

給出了器件的熱阻參數(shù)，包括結(jié)到外殼、結(jié)到基底、結(jié)到空氣等不同情況下的熱阻，有助于進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，保證器件在合適的溫度環(huán)境下工作。

九、訂購(gòu)信息與修訂歷史

1. 訂購(gòu)信息

提供了不同型號(hào)的訂購(gòu)編號(hào)、包裝形式、溫度范圍等信息，方便用戶根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

2. 修訂歷史

記錄了器件文檔的修訂情況，包括每次修訂的日期、修訂人以及修訂內(nèi)容，有助于用戶了解器件的發(fā)展和改進(jìn)過(guò)程。

總之，IDT 的 9FGL04 系列時(shí)鐘發(fā)生器以其高性能、高可配置性和豐富的功能特性，為 PCIe 時(shí)鐘生成應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，合理選擇器件型號(hào)，并嚴(yán)格按照器件的規(guī)格和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用過(guò)程中有什么問題或者經(jīng)驗(yàn)，歡迎一起交流分享。