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[参考译文] LMK03000:多级 LMK03033设计显示了比单芯片更差的时钟同步

Guru**** 2506985 points
Other Parts Discussed in Thread: LMK03033, LMK03000, LMK01000

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/clock-timing-group/clock-and-timing/f/clock-timing-forum/1195381/lmk03000-multi-stage-lmk03033-design-shows-worse-clock-synchronization-than-single-chip

器件型号:LMK03000
主题中讨论的其他器件:LMK03033,, LMK01000

您好!

我们将使用5 LMK03033扇出时钟、从而扇出到16个 ADC 芯片和4个 FPGA。 架构如下所示:

Source > LMK #1 > LMK #2 > ADC (4x)+ FPGA

                              > LMK #3 > ADC (4倍)+ FPGA

                              > LMK #4 > ADC (4x)+ FPGA

                              > LMK#5 > ADC (4x)+ FPGA

源频率为50MHz、LMK#1 为 LMK2-5生成125MHz (LVDS)、为 ADC 生成250MHz (LVPECL)、为 FPGA 生成125MHz (LVDS)。 LMK 指示它们已锁定(LD 引脚为高电平、寄存器编程为高电平=锁定)。 对 LMK 寄存器进行编程后,对 SYNC*应用脉冲。 首先对 LMK #1进行编程,然后(当前在等待6s 后)同时对 LMK #2-5进行编程。 在此应用中、我们通过插值数字脉冲来测量数字化 ADC 脉冲到达次采样精度的时间。 同时生成并使用不同通道进行数字化的脉冲应具有零+/-测量精度 X 的到达时间差。例如、馈送到 ADC#1和 ADC#2 (均由 LMK#2计时)的分离脉冲发生器信号显示 X =~50ps。

然而、对于由不同 LMK 计时的2个通道、X =~1200ps (例如由 LMK#2计时的 ADC #1和由 LMK#3计时的 ADC #5)。 在所有其他相等的条件下、我们认为这是由于多个 LMK 芯片之间的时钟同步比单个芯片内的时钟同步要差。 我们有以下问题:

1)用示波器探测,我们看到 LMK#2-5的输出在同相且频率相同(在所有芯片上)。 不过 、输入和输出会相互浮动。 这是正常的吗? 在我看来、"PLL"意味着输出针对输入进行了锁相、并且两者应该是相同的频率、或者我是不是对此存在误解?

2) 2)之前的设计在第2级(LMK #2-5)使用 LMK010xx 芯片、而不是 LMK03033、并且 X 对于由不同的 LMKs 提供时钟的2个通道有一点糟糕。 这遵循 LMK03000数据表(8.9多于8个输出...)中的建议。 此处选择了 LMK03033、以便在最终时钟频率中具有更大的灵活性。 LMK03033不适用于此类2级架构、是否仅适用于 LMK010xx?

3) LMK03033和 LMK010xx 是这样的类似器件、如果2)正确、那么我想知道是否可以将 LMK03033编程为像 LMK010xx 一样工作? 例如、绕过 VCO 级、将时钟输入直接发送到输出分频器/延迟级;可能是数据表中未列出寄存器设置? (我注意到、例如、两个器件的寄存器9中的某些位设置不同、但未做说明)

注意:在这里、我们并未过度关注所有输出的相同相位对齐(根据同步功能)。 不同时钟输出的相位可以不同、只要该差异是固定的。 固定的相位偏移将在时间测量中显示为相对于零的固定偏移、并且可以进行校准。 不同的相移使精度 X 恶化

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    Wolfgang

    我有以下回答:

    1. 您能否提供它的示波器捕获? 您在这些输出中看到的频率是多少、即使不是125 MHz 也是如此? 这些寄存器的输入(LMK #1的输出)是锁定在125MHz,还是会发生漂移? 您是否可以向我发送 TICS 配置文件(或寄存器值列表)、以便我在 EVM 上进行测试?
    2. 我建议对第二级使用 LMK010xx、而不是 LMK03033 -时钟频率具有更大的灵活性、如果不绕过输出、则会引入随机相位误差-请参阅下面使用 多个器件和频率进行相位同步

      此外、LMK03000系列数据表中还提供了相对于旁路模式的延迟表:
    3. 遗憾的是、虽然有一种绕过输出分频器的配置、但我不认为我们可以绕过 VCO (基准输入直接到输出分频器)-从 LMK 1输出250MHz 可能最简单、然后将 LMK010XX 器件用于 LMK 2-5。 请参阅下文、了解如何并行同步多个 LMK 器件、并确保使用偶长的布线:

    谢谢。

    Kadeem

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    尊敬的 Kadeem:

    感谢您的快速响应。

    1) 1)请参阅下方的示波器快照。 (对不起质量差)。 输入频率为125MHz、这来自锁定的 LMK#1。 左图显示了 LMK #2和#3 125MHz 的输出;它们是同步和稳定的。 右图显示了 LMK#3的输入和输出;它不是完全随机的、但您可以看到边沿不会随着时间的推移而对齐。 这些是许多叠加的采集;如果我一次进行单次采集、则边沿会"经常"对齐、但偶尔会发生一次上升/下降会交换或相移一定其他量、然后在接下来的几次采集中像这样继续。

    对 LMK2-5的寄存器进行如下编程(按该顺序):

    32'h80070400 //重置
    32'h00070400
    32'h00060401.
    32'h00060402
    32'h00060403.
    32'h00070204.
    32'h00070205.
    32'h00070206.
    32'h00070207.
    32'h10000908.
    32'hA0022A09
    32'h0082800b
    32'h029F400D.
    32'h0830040E.
    32'h0800200F.

    后跟 SYNC*脉冲

      

    我对左图中的行为感到满意、我很惊讶、因为它在输入与输出不匹配时如何对齐多个输出。

    3) 3)由于我们已构建了大量此类板、因此最好在重新编程 LMK03033时进行替换。 "我不相信我们可以绕过 VCO "似乎留下了一个很小的机会,这可能是可能的--可以确定哪种方式?

    感谢您的帮助。

    沃尔夫冈

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    Wolfgang

    我有以下回答:

    1. 这绝对是不寻常的。 我星期一要将此配置加载到 EVM 上、然后查看我是否可以复制该行为。  您已将 LD 配置为输出-您到底是否在 LD 引脚上看到低-高转换?
    2. 不适用
    3. 我已选中-我们没有任何方法可以绕过 VCO。

    谢谢。

    Kadeem

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    尊敬的 Kadeem:

    1) 1)是的、我在编程后看到从低到高的转换、然后它保持高电平。 如果您的测试还需要其他信息、请告诉我。

    2+3) 解决(没有开放式问题的意义)、谢谢

    沃尔夫冈

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    Wolfgang

    到目前为止、我没有看到您的问题。 不幸的是、我只有一个板、我现在可以对此进行测试-我又订购了一些、但需要等一个星期才能收到这些板才能继续测试。

    我想澄清一点:右侧图中的输入是否为红色、输出是否为蓝色? PLL 被锁定了吗(使用 LMK 2/3/等) 输出相互同相)、同时输入正相移动?

    谢谢。

    Kadeem

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    尊敬的 Kadeem:

    正确、输入为红色、输出蓝色。 PLL 根据 LD 引脚锁定、但输入和输出不相同。

    我现在也在第二级中查看了 LMK010xx 的旧设计。 输入和输出同相、针对第一级 LMK03033和第二级 LMK010xx、并且所有 LMK010xx 输出也同相。

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    Wolfgang

    遗憾的是、最好将  LMK010xx 用于第二级-我认为我们以前没有研究过 LMK03033是否  适合此类配置、这可能是因为我们提供了有关使用 LMK010xx 进行配置的说明。

    我建议  现在使用 LMK010xx、但一旦额外的 LMK03033  板送达、我可以发送更新以进一步测试系列组合。

    谢谢。

    Kadeem

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    尊敬的 Kadeem:

    快速状态更新:我们将对电路板进行返工、以将第二级 LMK03033替换为 LMK01000。  这需要几天时间。

    我在另一个板上进行了检查、这里有2个串联的 LMK03033、它们的行为正常-时序测量结果良好、并且输入和输出时钟都同相。 该设计几乎与第一个设计相同;只有源时钟为125MHz 、并且使用更多的输出。 如果对为什么输入和输出不处于阶段而 LD 处于高电平的任何见解都将不胜感激。 我们使用时钟设计工具推荐的外部环路滤波器值(82pF、820欧姆、4.7nF)--改变这些值是否合理?

    谢谢。

    沃尔夫冈

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    Wolfgang

    如果您能够改变外部环路滤波器可能是有益的-虽然该工具可能推荐使用外部环路滤波器、但如果这会导致问题消失、则稍微对外部环路滤波器进行调整也会对该应用程序有所裨益。

    显而易见-正常运行和不正确运行的设置之间的唯一区别是使用125MHz 而不是50MHz 作为 LMK #1的输入。
    谢谢。

    Kadeem

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    尊敬的 Kadeem:

    好的、我可以探究环路滤波器值、谢谢。

    功能不正确的设置如下所示:

    50MHz > LMK #1 > 125MHz > LMK #2-5 > 125MHz 至 FPGA、250MHz 至 ADC

    正常运行的设置是

    125MHz > LMK #1a > 125MHz > LMK #2a > 125MHz (针对 FPGA)以及250MHz (针对 ADC)

    LMK #1和 LMK #1a (每个工具)的环路滤波器无源器件不同。 LMK2-5和 LMK2a 的测试点相同。 除了这些无源器件的值外、原理图是相同的、但它们在不同的 PCB 上、并且布局略有不同。 例如、对于 LMK#1、其中一个环路滤波电容器位于 PCB 的背面、而对于 LMK#1、所有滤波器无源器件都位于同一侧。

    谢谢。

    沃尔夫冈

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    Wolfgang

    我应该在下周早些时候准备好电路板-希望在我拥有多个 LMK03033电路板后、我可以继续进一步研究该电路板。

    现在、包含所有 LMK03033器件的125MHz 输入或 LMK03033 + LMK01000设置是否适用于您的应用?
    谢谢。

    Kadeem

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    尊敬的 Kadeem:

    因此、我们将第二级 LMK03033替换为 LMK01000、结果看起来不错:输入和输出同相、并且对于由相同 LMK01000或不同 LMK01000提供时钟的 ADC、ADC 的时序大致相同(每种情况约120ps)

    所有 LMK03033的125MHz 输入是不同的电路板。 它正常工作、LMK 锁定、输入/输出同相、时序良好。 但是在问题板上,即使我将第一个 LMK 的输入更改为125 MHz 并相应地重新配置 LMK,它也不起作用-- LMKs 被锁定,但输入/输出不同相,时序不好。

    现在我将选中"resolved"复选框、因为我可以接受将第二级 LMK 更改为型号01000、这可以解决多级问题。 (我回来时可能会问更多关于 LMK 锁定但输入/输出不同相的问题。)

    感谢您的帮助。

    沃尔夫冈