采用CyClockWizard软件实现系统设计和时钟管理 - 全文

时钟是几乎所有电子系统的心脏，而时钟管理则是整体系统设计的重要组成部分。由于时钟准确性、稳定性和整体信号质量都会影响系统性能，因此选择可满足应用设计需求的适当计时解决方案是至关重要的。

选择适当的计时解决方案包括四大基本步骤：

· 明确系统时钟需求。

· 明确哪些时钟组件能够满足系统要求。

· 获取时钟组件样品。

· 评估样品，明确其是否合格。

不同的系统应用都有其独特的特性、性能和成本要求。系统设计人员必须回答包括以下问题在内的诸多问题，来确定应用的组合要求。

· 我需要什么样的频率？

· 最大频率差异容限是多少？

· 需要什么样的信号电压和接口标准？

· 抖动和/或相噪声系统有什么要求？

· 功耗或EMI规定是否为重要问题？

· 封装尺寸是否为首要问题？

· 解决方案的成本是否为首要问题？

· 样品推出的速度是否为首要问题？

例如，通信、消费和移动应用的时钟需求各不相同，差异很大。无线基站等通信系统可能不需要最小型化的封装尺寸，但需要确保较低的抖动和相噪声。上述要求与打印机等消费应用差异很大，消费应用考虑最多的是EMI合规性或成本问题。当然，上述要求也与强调封装尺寸和功耗的移动电话大不相同。

一旦明确了系统时钟要求，系统设计人员的下一个重大挑战就是明确时钟组件需求，这些组件将提供所需的特性和性价比。考虑到目前可用的计时解决方案非常丰富，这项任务还是非常艰巨的。

赛普拉斯半导体公司为系统设计人员提供了一个简单解决方案，用于对专为满足应用需求的定制解决方案进行查找、配置并编程。赛普拉斯的最新计时解决方案软件向导工具CyClockWizard使用户能定制计时解决方案，只需三个简单的步骤就能满足各种独特的要求：

· 通过参数搜索引擎明确适当的时钟组件。

· 通过直观的GUI定制配置指定的器件。

· 对进行器件编程，实施工程设计评估。

CyClockWizard可从赛普拉斯网站下载。该工具为用户提供了赛普拉斯的全系列计时解决方案，包括晶体振荡器、时钟生成器和缓冲器等。用户可指定频率、电压、信号类型、封装和温度范围等参数，从而快速找到适当的解决方案。通过提出特殊的性能要求，如针对降低EMI的扩频调制类型等，我们还可进一步改进搜索功能。

例如，我们要搜索一款采用SOIC封装的8输出CMOS零延迟缓冲器，且该产品应支持工业温度范围，输入/输出频率为100 MHz，这样我们就能找到CY2308SXI-1缓冲器。但是，如果指定50MHz的输入而不改变其他参数，那么搜索结果就会变为CY2308SXI1-4缓冲器。

在某些情况下，如果对时钟频率有独特要求或者其他方面存在要求，我们将建议用户采用可编程的解决方案，进而通过相关配置满足自身具体需求。一旦确定了时钟组件，CyClockWizard GUI将可让用户定义引脚分配细节（即将引脚配置为断电或输出启用功能）和具体配置（即频率），并编辑可用来对组件进行编程的JEDEC文件。

赛普拉斯最新系列可编程、低相噪声时钟FleXO（频率高达690 MHz，典型RMS相位抖动为0.6 ps）就是一个较好地突显了CyClockWizard综合搜索和配置功能的例子。FleXO作为晶体振荡器（XO）推出，采用6引脚的5.0mm x 3.2mm LCC封装，此外也可作为采用8引脚和16引脚的TSSOP封装的时钟生成器。尽管赛普拉斯的FleXO系列旗下产品非常丰富，但CyClockWizard能根据高性能时钟的独特要求确定最合适的FleXO产品。

FleXO的引脚分配、频率、电压和输出类型以及I2C选择或可通过引脚选择的频率容限（即能以0.2 ppm的步进改变频率，满足系统测试需求）在GUI中提供了多种选择和配置方案。此外，用户还可就FleXO选择最适合系统要求的相位噪声，如配置示例截屏所示（图1）。

图1. 用CyClockWizard优化赛普拉斯的低相位噪声CY2X014 XO配置

获得满足具体系统要求的时钟样品是系统设计人员在确认解决方案之后所面临的挑战之一。经销商通常具有标准频率计时产品的存货，但如果需要满足定制非标准时钟要求，则通常需要8到10周的交付周期，才能满足设计修改和制造时间要求。CyClockWizard能使系统设计人员在库存的空白芯片样品上直接编程，或者生成必需的配置，让经销商或销售部门创建编程样品，从而缩短了交付周期。

在上述FleXO例子中，一旦芯片配置最终完成，就能立即通过CY3675- CLKMAKER对FleXO器件进行编程。CY3675- CLKMAKER是一款便携式时钟器件编程器，可通过USB线缆连接到PC或笔记本电脑，并得到了CyClockWizard的完全支持。如果CyClockWizard检测到CY3675-CLKMAKER连接到电脑上，那么用户可以立即启动样品编程。

此外，如果用户不能使用CY3675-CLKMAKER，那么可以将配置文件通过电子邮件发送给经销商或销售办事处，以获得已经编程的样品。

图2. 赛普拉斯半导体公司的CyClockWizard和CY3675-CLKMAKER编程器

系统设计人员的最后一个挑战就是对潜在的解决方案进行评估。在评估期间，可能需要在时钟配置方面略有差异的新样品，因为系统设计人员需要：

· 改变系统频率以检查系统的稳健性。

· 改变扩频设置以优化EMI合规性。

· 根据新的系统要求或升级情况改变时钟参数。

例如，在进行系统稳健性评估或EMI合规性测试时，引脚可选的I2C可配置或可编程解决方案可在检测系统响应时方便地调节频率、扩频百分比和调制率等。

再比如，如果系统升级需要加快时钟频率或增加子卡，进而需要时钟驱动两个负载而非一个，则可编程解决方案通过调整输出信号驱动强度或频率设置就能方便地适应上述变动。而且我们无需等待硅片修改就能快速生成新样品。

赛普拉斯的丰富可编程时钟解决方案组合支持快速评估，而且提供以下特性：

· I2C或特殊编程接口。

· 用户可选的频率容限（通过I2C或引脚控制）。

· 可编程扩频EMI降低（通过I2C或引脚控制）。

赛普拉斯的CyClockWizard能提供上述特性，并能通过简单易用的GUI在统一的集成软件工具中快速生成编程样品，从而简化系统设计人员识别和获得计时解决方案的工作，并方便地明确解决方案能否满足其独特的应用要求。