LMH2190：一款高性能四通道時鐘樹驅動器的深度剖析

在當今的電子設備中，時鐘信號的穩定與準確傳輸至關重要。對于移動手機、PDA和便攜式設備等應用，對時鐘驅動器的性能、尺寸和功耗都提出了極高的要求。TI公司的LMH2190四通道可配置時鐘樹驅動器，正是為滿足這些需求而設計的一款優秀產品。

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一、產品概述

LMH2190是一款四通道可配置時鐘樹驅動器，它能為移動手機或其他應用中的外設提供數字系統時鐘。該產品有效解決了諸如扇出驅動能力有限、主時鐘受負載變化和頻率牽引影響、來自嘈雜模塊的隔離緩沖以及串擾隔離等時鐘問題。其極低的相位噪聲特性，使其能夠驅動如無線局域網和藍牙等對時鐘信號敏感的模塊。

二、關鍵特性亮點

2.1 靈活的時鐘輸入輸出

• 單輸入四輸出：支持一個輸入時鐘和四個輸出時鐘，且輸入既可以是方波也可以是正弦波，輸出為1.8V方波時鐘。
• 獨立時鐘請求：每個時鐘輸出都有獨立的時鐘請求引腳，允許外設控制時鐘的啟用，大大增強了時鐘控制的靈活性。
• 輸出驅動能力：輸出驅動能力可達50pF，能夠滿足多種外設的負載需求。

2.2 出色的隔離與低噪聲性能

• 電源噪聲隔離：對電源噪聲具有高隔離性，有效減少電源噪聲對時鐘輸入的干擾。
• 輸出間隔離：輸出之間具有高隔離性，降低了輸出之間的串擾。
• 低噪聲LDO：集成了1.8V低壓差穩壓器（LDO），具有低輸出噪聲電壓和10mA的負載電流能力，為時鐘源和時鐘輸出提供穩定的低噪聲電源。

2.3 EMI控制與低功耗設計

• EMI控制：通過配置輸出驅動和偏斜設置，可控制EMI開關噪聲，減少電磁干擾。
• 低功耗：具有超低待機電流，VBAT范圍為2.5V至5.5V，非常適合便攜式應用。

2.4 I2C可配置性

支持高達400kHz（快速模式）的I2C配置，可對設備的許多特性進行重新配置，以優化設備性能。

三、電氣特性詳解

3.1 供電電流

在不同工作模式下，LMH2190的供電電流表現不同。例如，在時鐘輸出以26MHz切換且CLK1/2/3/4無外部電容、LDO開啟、I_OUT = 0mA時，有源供電電流為3mA；在關機模式下，關機供電電流低至0.1 - 1μA。

3.2 時鐘輸出特性

• 傳播延遲：SCLK_IN到CLK1的低到高傳播延遲為6.5 - 10ns，高到低傳播延遲為7.5 - 11ns。
• 輸出偏斜：輸出之間的偏斜在一定范圍內，如CLK1到CLK2的偏斜為3 - 8.5ns。
• 上升和下降時間：在負載電容為10pF至50pF時，上升時間為3 - 6ns，下降時間為2.5 - 5ns。
• 占空比：輸出時鐘占空比為42 - 58%。

3.3 相位噪聲

不同時鐘輸出的附加RMS周期抖動不同，CLK1為100fs，CLK2為240fs，CLK3為330fs，CLK4為400fs。在不同頻率偏移下，各時鐘輸出的附加相位噪聲也有相應的指標。

3.4 LDO特性

• 輸出電壓：輸出電壓在1.78 - 1.82V之間，具有良好的穩定性。
• 負載電流：能夠提供最大10mA的負載電流。
• 電源抑制比（PSRR）：在不同頻率下，PSRR表現良好，如在100Hz時為93dB，在1MHz時為42dB。
• 輸出噪聲電壓：在10Hz至100kHz帶寬內，輸出噪聲電壓為10μVRMS。

四、工作原理剖析

4.1 時鐘樹驅動模塊

該模塊由一個輸入驅動四個輸出，由高精度的1.8V LDO供電。輸入和輸出可通過I2C編程進行多種配置。輸入有DC和AC耦合兩種模式，DC耦合模式下時鐘輸入范圍為32kHz至27MHz，要求輸入為方波；AC耦合模式下時鐘輸入范圍為13MHz至27MHz，假設輸入為正弦波。輸出驅動強度可根據負載電容分4檔選擇，還可通過I2C接口選擇兩種降低EMI的方法。

4.2 時鐘請求邏輯模塊

• 時鐘請求輸入：每個時鐘輸出都有獨立的時鐘請求輸入，允許外設控制時鐘的啟用。輸入可配置為高電平或低電平有效，為防止CLK輸出出現毛刺，輸出的啟用是同步進行的。
• 系統時鐘請求輸出：在典型工作模式下，若4個CLK_REQ輸入中有一個為高，則時鐘請求輸出將被啟用。可通過I2C接口覆蓋默認設置，控制輸出極性和輸出類型（推挽、開漏或開源）。

4.3 低壓差穩壓器（LDO）模塊

LDO用于調節輸入電壓VBAT，生成準確的1.8V電源電壓，抑制電源電壓紋波。在默認模式下，當一個或多個時鐘請求輸入為高時，LDO上電。LDO包含熱過熱檢測功能，若過熱，LMH2190（除寄存器邏輯外）將關閉，并在I2C狀態寄存器中設置狀態位。

4.4 I2C控制邏輯模塊

LMH2190可通過I2C主機設備進行控制，I2C地址為38h。可通過I2C接口對設備的許多特性進行重新配置，如設置時鐘請求輸入和輸出的極性、時鐘輸出的驅動強度等。I2C通信遵循READ/WRITE結構和傳輸協議，在數據傳輸過程中有嚴格的時序要求。

五、應用信息與建議

5.1 典型應用場景

LMH2190適用于移動手機、PDA和便攜式設備等，可為藍牙、無線局域網和數字視頻廣播 - H（DVB - H）等外設提供穩定的時鐘信號。

5.2 布局建議

在電路板布局時，需特別注意輸入時鐘走線（SCLK_IN）和輸出走線（CLK1/2/3/4）應盡可能短，以減少時鐘輸出所觀察到的電容負載。同時，在設備附近進行適當的去耦，建議在VBAT和V_OUT上靠近設備處使用100nF的電容，以及在μF范圍內的電容，電容的等效串聯電阻（ESR）應足夠低。

六、總結

LMH2190憑借其靈活的時鐘輸入輸出配置、出色的隔離與低噪聲性能、EMI控制能力以及I2C可配置性等特點，成為移動和便攜式應用中時鐘驅動的理想選擇。電子工程師在設計相關產品時，可充分利用LMH2190的這些特性，提高產品的時鐘性能和穩定性。同時，在實際應用中，需嚴格按照布局建議進行電路板設計，以確保設備發揮最佳性能。大家在使用LMH2190的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。