LMK3H2104與LMK3H2108：PCIe時鐘生成的理想之選

在電子設計領域，時鐘發生器對于確保系統的穩定運行至關重要。今天，我們要深入探討的是德州儀器（TI）推出的LMK3H2104和LMK3H2108這兩款4輸出和8輸出的PCIe Gen 1 - 7兼容低抖動通用BAW時鐘發生器。

文件下載：lmk3h2108.pdf

1. 核心特性

1.1 集成BAW諧振器

這兩款器件集成了BAW諧振器，無需外部XTAL/XO，大大簡化了設計，減少了外部元件的使用，降低了成本和電路板空間。

1.2 靈活的輸出頻率

通過2個分數輸出分頻器（FOD）和各個通道分頻器，可實現高達400MHz的輸出頻率。這種靈活性使得它們能夠滿足各種不同的應用需求，無論是高速通信還是高性能計算。

1.3 多樣的輸出格式

支持1.2/1.8/2.5/3.3V LVCMOS、DC - 或AC - 耦合LVDS、可編程擺幅的LP - HCSL等多種輸出格式，還可從LP - HCSL衍生出LVPECL、CML等其他格式。這意味著它們可以與不同類型的設備進行接口，具有廣泛的適用性。

1.4 極低的抖動

• PCIe Gen 5 CC帶SSC抖動最大為61fs
• PCIe Gen 6 CC帶SSC抖動最大為36.4fs
• PCIe Gen 7 CC帶SSC抖動最大為25.5fs

如此低的抖動確保了時鐘信號的穩定性和準確性，對于高速數據傳輸和高精度系統至關重要。

1.5 PCIe兼容性

支持PCIe Gen 1到Gen 7，滿足了不同版本PCIe接口的時鐘需求，為系統的升級和兼容性提供了保障。

1.6 可配置的SSC

支持可編程的 - 0.05%到 - 3%下擴和±0.025%到±1.5%中心擴，以及預設的 - 0.1%、 - 0.25%、 - 0.3%和 - 0.5%下擴。這種可配置性有助于減少電磁干擾（EMI），提高系統的電磁兼容性。

1.7 靈活的電源供應

每個VDD和VDDO引腳都可以獨立連接到1.8、2.5或3.3V，為設計提供了更大的靈活性，可根據具體應用需求進行電源配置。

1.8 寬溫度范圍

能夠在 - 40到105°C的環境溫度下工作，適用于各種惡劣的工業和汽車應用場景。

2. 應用領域

2.1 高性能計算服務器主板

在高性能計算服務器中，需要高精度、低抖動的時鐘信號來確保各個組件的同步運行。LMK3H2104和LMK3H2108的低抖動特性和高兼容性使其成為服務器主板時鐘生成的理想選擇。

2.2 NIC、SmartNIC和硬件加速

網絡接口卡（NIC）、智能網絡接口卡（SmartNIC）和硬件加速設備需要高速、穩定的時鐘信號來處理大量的數據。這兩款時鐘發生器能夠滿足這些設備對時鐘信號的嚴格要求。

2.3 PCIe Gen 1到Gen 7時鐘生成

無論是舊版本的PCIe接口還是最新的Gen 7接口，LMK3H2104和LMK3H2108都能提供符合標準的時鐘信號，確保PCIe設備的正常運行。

2.4 通用時鐘生成和XO/XTAL替換

它們還可以作為通用時鐘發生器使用，替代傳統的XO/XTAL，簡化設計并提高性能。

3. 詳細規格

3.1 絕對最大額定值

• 設備電源電壓（VDD）： - 0.3到3.9V
• 輸出電源電壓（VDDO）： - 0.3到3.9V
• 輸出引腳電壓（V OUT）：根據不同情況有所不同，但都有明確的限制范圍

在設計時，必須確保電源電壓在這些絕對最大額定值范圍內，以避免設備損壞。

3.2 ESD額定值

• 人體模型（HBM）：±2000V
• 帶電設備模型（CDM）：±500V

這表明它們具有一定的靜電防護能力，但在實際操作中，仍需采取適當的ESD防護措施。

3.3 推薦工作條件

• 設備電源電壓（VDD）和輸出電源電壓（VDDO）：1.8、2.5或3.3V ± 5%
• 環境溫度（TA）： - 40到105°C
• 結溫（TJ）： - 40到110°C

在推薦工作條件下使用設備，可以確保其性能和可靠性。

3.4 電氣特性

包括總頻率誤差、老化引起的頻率誤差、時鐘輸入要求、輸出電壓、輸出阻抗等多項電氣特性。這些特性對于評估設備的性能和進行電路設計非常重要。

4. 功能描述

4.1 功能框圖

從功能框圖可以看出，每個輸出組都可以獨立選擇時鐘源，如IN0、IN1、IN2、FOD0、FOD1或邊緣組合器。多個GPI和GPIO引腳提供了靈活的引腳控制，方便用戶根據具體需求進行配置。

4.2 GPI/GPIO功能

GPI和GPIO引腳具有多種功能，如輸出使能組控制、I2C地址選擇、動態OTP選擇等。通過合理配置這些引腳，可以實現對設備的靈活控制。

4.3 OTP功能

支持一次性可編程（OTP）非易失性存儲器，可進行自定義和工廠預編程。OTP分為“基礎”部分和“頁面”部分，每個頁面可以通過特定的引腳選擇。這使得設備在不同的應用場景下可以快速加載不同的配置。

4.4 電源供應

每個電源引腳都有明確的分配和電壓要求，并且可以根據需要選擇是否連接電源。在設計電源電路時，需要根據具體的應用需求和設備規格進行合理的電源配置。

4.5 輸出使能和禁用

每個輸出都有獨立的輸出禁用寄存器位，還有全局OE位來控制所有輸出。輸出可以分配到不同的OE組，通過GPI/GPIO引腳進行控制。輸出使能遵循AND邏輯，確保輸出的準確控制。

4.6 狀態信號

包括CLK_READY、INx_LOS、輸出頻率檢測、CRC_ERROR等狀態信號。這些信號可以幫助用戶了解設備的工作狀態，進行故障診斷和系統監控。

5. 應用與實現

5.1 設計步驟

在進行應用設計時，需要考慮電源電壓、輸入行為、頻率規劃和輸出格式選擇等多個方面。例如，在頻率規劃時，需要根據所需的輸出頻率確定FOD頻率，并合理配置相關寄存器。

5.2 布局建議

為了獲得最佳的性能，布局時需要遵循一些準則，如隔離輸入和輸出、使用GND屏蔽、合理放置去耦電容等。良好的布局可以減少電磁干擾，提高信號的穩定性。

6. 總結

LMK3H2104和LMK3H2108以其集成的BAW諧振器、靈活的輸出頻率和格式、極低的抖動以及廣泛的兼容性等特性，成為PCIe時鐘生成和通用時鐘應用的理想選擇。在實際設計中，我們需要充分了解它們的特性和規格，合理進行配置和布局，以確保系統的穩定運行和高性能。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評論區交流討論。