大家好、
我们客户的一个问题、我将在下面转发、 请您提供一些故障排除建议
LMK04832使用 SDCLKOUT5输出两个 CMOS 时钟、并希望将时钟频率调整为1.25GHz 或2.5GHz。 在调试过程中发现、 在输出时钟超过11.1GHz 后、输出幅度开始衰减。 调整到1.25GHz 时、衰减已超过10dB。 在各种输出配置(例如 CMOS (norn/norm)\cmos (norm/inv)之间切换、并具有不同的衰减水平。 这可能是什么原因呢？
此致、
艾米·罗
Amy、
顾名思义、LVCMOS 输出缓冲器是低压互补 MOSFET 输出。 这意味着输出级源自采用"图腾柱"配置的 P 沟道和 N 沟道 MOSFET、具体请参阅下文。
这些 MOSFET 在栅极到漏极、栅极到源极以及源极到漏极之间具有一些固有的寄生电容、它们会随着所施加 VGS 和 VDS 电压的变化而变化。 但 这些电容的数量级很容易在皮法范围内。
此外、每个 MOSFET 根据可在内部施加的栅源电势、具有一定的最大短路电流、MOSFET 会到达线性区域并开始像线性电阻一样工作。 该电流可能为几十 mA。
为了进行方便且大致正确的示例计算、假设5pF 是寄生电容、50mA 是 MOSFET 线性区域中可实现的短路电流-这相当接近 LMK04832的实际值。
现在、考虑一下1GHz 下的3.3V 正弦波。 以一个基本的导数,我们知道只有这个正弦波的最大转换率是2π* Vpk*F,在1GHz 时的最大转换率约为10V/ns。 顺便说一下、如果我们用5pF 和50mA、并假设 I = C * dV/dT、我们发现 dV/dT = 50mA/5pF = 10V/ns。 由于我们的输出电流在短路情况下受到漏源电压的限制、因此 我们的输出压摆率绝不可能比 3.3V 1GHz 正弦波更快。
最后、请记住、要获得尖锐的方波、我们需要对 基波及其几个奇次谐波的傅里叶级数求和。
1GHz 的时候、我们能够在基频上得到一个合理的压摆率、但是3GHz、5GHz、7GHz 等的谐波都需要3倍、5倍、7倍的压摆率、才能获得具有相当振幅的正弦波。 我们无法提供足够的电流来在高阶谐波中实现类似的振幅、因此波形出现衰减、因为为其提供特征正方形形状的高阶谐波发生了衰减。 编辑：我记得在傅里叶级数求和中有一个1/n 的因子、所以实际上压摆率要求保持等效： 3GHz 处的三阶谐波振幅为基波的1/3、因此压摆率 应足以提供一个衰减范围以内的体面方波。 但是、寄生电容的阻抗在更高的频率下会急剧下降、并且形成寄生电容的短路 MOSFET 看起来像一个低通滤波器；因此、高阶谐 波的振幅会衰减20log (1/n)与方波的每个谐波所需的1/n。 在1GHz 以上时、我们仍然期望压摆率限制会影响振幅。
这就是为什么数据表列出 LVCMOS 的最大输出频率不小于250MHz 的原因之一-虽然我们可以合理地预计在250MHz 时有一个体面的方波、但在这个频率之上、我们期望逐渐过渡到衰减越来越多的正弦波。
还有其他原因、尤其是反射- CMOS 输出级的阻抗与有源级上 VDS 电压的函数关系可变(尤其是在从线性区域转换到饱和区域期间)、这使得频率更高的 CMOS 信号在没有 显著反射组件的情况下难以在接收器端接； 在连续运行中、这会产生驻波、容易破坏正常单调 CMOS 边沿。 通过精心设计的低电容 MOSFET 和 一些阻性阻尼来衰减反射有时可能会允许更高频率的 CMOS 信号、但通常仅在 MOSFET 电容可以更小的极低电压下、 或者在硅 ASIC 中、源与负载之间的距离(因此反射)可以忽略不计、并且电容相对于实际负载极低。
换句话说、不建议在 LMK04832上使用高于250MHz 的 LVCMOS 输出格式。
LMK04832上的其他输出格式使用双极晶体管代替 MOSFET、并且双极晶体管 在其有效使用模式下具有极低的寄生电容。 由于这种较低的电容、LVPECL 和 CML 等输出格式的衰减往往在较高频率下要小得多、即使总 电流负载较低、因为 C 的缩放比例远低于压摆率等式中的 I (几百毫微微法拉的低电容衰减大于电容衰减的10倍、 而驱动电流减少了2倍或3倍)。
此致、
Derek Payne
