探索DS1087L：3.3V擴頻EconOscillator的卓越性能與應用

在電子設計領域，時鐘發生器是許多系統中不可或缺的組件。今天，我們要深入探討DALLAS SEMICONDUCTOR（現屬MAXIM）的DS1087L 3.3V擴頻EconOscillator，它在眾多應用中展現出了獨特的優勢。

文件下載：DS1087L.pdf

一、概述

DS1087L是一款時鐘發生器，能夠產生頻率范圍從130kHz到66.6MHz的擴頻（抖動）方波輸出。該器件在出廠時已針對特定頻率和擴頻百分比進行編程，用戶還可通過2線編程接口訪問內部頻率分頻器、選擇2%或4%的抖動輸出以及設置可編程輸出掉電/禁用模式。所有設備設置都存儲在非易失性（NV）EEPROM中，使其能夠在獨立應用中運行。此外，DS1087L還具備掉電和輸出使能控制引腳，適用于對功耗敏感的應用。

二、應用領域

DS1087L的應用范圍廣泛，涵蓋了打印機、復印機、個人電腦、計算機外設、手機和電纜調制解調器等領域。這些應用場景對時鐘信號的穩定性和電磁干擾（EMI）抑制有較高要求，而DS1087L正好能夠滿足這些需求。

三、特性亮點

1. 工廠編程方波發生器

DS1087L提供從130kHz到66.6MHz的方波輸出，無需外部定時組件，大大簡化了設計過程。同時，它還能有效降低EMI，提高系統的電磁兼容性。

2. 寬電源電壓范圍

支持2.7V至3.6V的電源電壓，用戶可通過分頻器將頻率編程至低至130kHz（具體取決于主振蕩器頻率）。

3. 可選抖動輸出

提供2%或4%的可選抖動輸出，用戶可根據實際需求進行選擇，以進一步降低EMI。

4. 無毛刺輸出使能控制

確保輸出信號的穩定性，避免在輸出使能時出現毛刺，提高系統的可靠性。

5. 2線串行接口

方便用戶進行編程和配置，實現對設備的靈活控制。

6. 非易失性設置

設備設置存儲在EEPROM中，即使斷電也能保留，無需重新配置。

7. 掉電模式和可編程輸出掉電/禁用模式

可有效降低功耗，延長設備的使用壽命，適用于對功耗敏感的應用。

四、訂購信息

DS1087L有多種型號可供選擇，如DS1087LU - yxx，其工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，采用8SOP（118 mils）封裝。同時，還提供定制頻率和超過20種標準頻率選項，如有需求可聯系工廠。

五、電氣特性

1. 絕對最大額定值

• VCC相對于地的電壓范圍為 - 0.5V至 + 6.0V。
• SPRD、PDN、OE、SDA、SCL相對于地的電壓范圍為 - 0.5V至（VCC + 0.5V），但此電壓不得超過6.0V。
• 工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

  2. 推薦直流工作條件

• 電源電壓范圍為2.7V至3.6V。
• 高電平輸入電壓（SDA、SCL、SPRD、PDN、OE）為0.7 x VCC至VCC + 0.3V。
• 低電平輸入電壓（SDA、SCL、SPRD、PDN、OE）為 - 0.3V至0.3 x VCC。

  3. 直流電氣特性

• 高電平輸出電壓（OUT）在I OH = - 4mA、VCC = min時為2.4V。
• 低電平輸出電壓（OUT）在I OL = 4mA時最大為0.4V。
• 低電平輸出電壓（SDA）在3mA灌電流時為0至0.4V，在6mA灌電流時為0至0.6V。
• 高電平輸入電流在VCC = 3.6V時最大為1μA。
• 低電平輸入電流在VIL = 0時為 - 1μA。
• 有源電源電流（I CC）在CL = 15pF（輸出頻率為f0）時最大為15mA。
• 待機電流（I CCQ）在掉電模式下最大為5μA。

  4. 主振蕩器特性

• 主振蕩器頻率范圍為33.3MHz至66.6MHz。
• 主振蕩器頻率容差在Vcc = 3.3V、TA = + 25°C時為 - 0.5%至 + 0.5%。
• 電壓頻率變化在電壓范圍內、TA = + 25°C時為 - 0.75%至 + 0.75%。
• 溫度頻率變化在0°C至 + 70°C、Vcc = 3.3V時為 - 0.5%至 + 0.5%，在 - 40°C至 + 85°C、Vc = 3.3V時為 - 1.5%至 + 0.5%。
• 抖動頻率范圍在預分頻器位J0 = 1時為2%，J0 = 0時為4%。
• 抖動速率為f0/4096 Hz。

  5. 交流電氣特性

• 預分頻器更改后頻率穩定時間為1個周期。
• 上電時間（t POR + t STAB）為0.1至0.5ms。
• 退出掉電模式后OUT使能時間為500μs。
• 進入掉電模式后OUT禁用時間為1ms。
• 負載電容范圍為15至50pF。
• 輸出占空比（OUT）在TA = + 25°C時為45%至55%。

  6. 2線接口交流電氣特性

• SCL時鐘頻率在快速模式下最大為400kHz，標準模式下為100kHz。
• 停止和啟動條件之間的總線空閑時間在快速模式下為1.3μs，標準模式下為4.7μs。
• 重復啟動的保持時間在快速模式下為0.6μs，標準模式下為4.0μs。
• SCL的低電平周期在快速模式下為1.3μs，高電平周期在快速模式下為0.6μs，標準模式下為4.0μs。
• 重復啟動的建立時間在快速模式下為0.6μs，標準模式下為4.7μs。
• 數據保持時間在快速模式和標準模式下均為0至0.9μs。
• 數據建立時間在快速模式下為100ns，標準模式下為250ns。
• SDA和SCL信號的上升時間和下降時間在快速模式下為20 + 0.1CB至300ns，標準模式下為20 + 0.1CB至1000ns。
• 停止條件的建立時間在快速模式下為0.6μs，標準模式下為4.0μs。
• 每條總線的電容負載最大為400pF。
• NV寫周期時間為10ms。
• 輸入電容為5pF。

六、詳細描述

1. 輸出頻率

內部主振蕩器可產生頻率范圍為33.3MHz至66.6MHz的方波。主振蕩器頻率和輸出頻率在出廠時已編程，用戶可使用可編程分頻器將主振蕩器頻率除以2x（x取值為0至8）。

2. 輸出控制和掉電

通過兩個用戶控制信號（OE和PDN）控制輸出。OE引腳用于使能時鐘輸出緩沖器，PDN引腳用于禁用主振蕩器并關閉輸出，適用于對功耗敏感的應用。上電時，輸出在電源穩定且主振蕩器產生512個時鐘周期之前處于禁用狀態。

3. 擴頻功能

DS1087L可降低輻射發射峰值，輸出頻率可在編程頻率的基礎上抖動2%或4%。抖動由PRESCALER寄存器中的J0位控制，并通過SPRD引腳使能。當預分頻器設置為1時，可實現最大頻譜衰減，預分頻器每增加2倍，頻譜衰減降低2.7dB。

七、寄存器總結

DS1087L的寄存器用于更改抖動量、輸出頻率和從地址。主要寄存器包括：

1. PRESCALER寄存器

• 位5：輸出低電平或高阻態控制。
• 位4：抖動控制，J0位為高時選擇2%峰值抖動，為低時選擇4%峰值抖動。
• 位3至0：預分頻器分頻，可將主振蕩器頻率除以2x（x取值為0至8）。

  2. ADDR寄存器

• 位3：寫控制，決定在寄存器內容更改后是否寫入EEPROM。
• 位2至0：地址，確定2線從地址的低半字節。

  3. WRITE EE命令

  在閉環應用中，當寄存器頻繁寫入時，可將WC位設置為1，以防止EEPROM磨損。收到WRITE EE命令后，寄存器內容將被復制到EEPROM中，鎖定寄存器設置。

八、2線串行端口操作

DS1087L通過2線串行接口進行通信，遵循特定的總線協議。數據傳輸只能在總線不忙時啟動，在時鐘線為高電平時，數據線必須保持穩定。定義了標準模式（100kHz時鐘速率）和快速模式（400kHz時鐘速率），DS1087L可在兩種模式下工作。每個接收設備在接收到字節后必須產生一個確認位，主設備必須生成一個與該確認位相關的額外時鐘脈沖。

九、應用信息

1. 電源去耦

為獲得最佳性能，建議使用0.01uF和0.1uF的高質量陶瓷表面貼裝電容對電源進行去耦。這些電容應盡可能靠近VCC和GND引腳放置，以減少引線電感，提高高頻響應。

2. 獨立模式

即使在獨立模式下，SCL和SDA也不能浮空。如果DS1087L在生產測試期間不需要在線編程，SDA和SCL可接高電平。

十、典型工作電路

提供了處理器控制模式和獨立模式的典型工作電路，用戶可根據實際需求進行選擇和設計。

DS1087L作為一款功能強大的時鐘發生器，在頻率范圍、擴頻功能、功耗控制等方面表現出色，為電子工程師在設計各種應用系統時提供了可靠的選擇。你在實際應用中是否遇到過類似的時鐘發生器，它們的表現如何呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。