發布日期：2022-04-28 點擊率：75
Other Parts Discussed in Post: LMK03328, CDCM6208, CDCE949
在當今世界上，大多數高度集成系統所執行的功能均不止一項，而且專為與其他系統和外設對接而設計。此外，還常常對同一個硬件進行再配置以滿足不同地區或最終用戶的需要，從而減少設備制造商的庫存開銷金額。普通的最終用戶并不知道此類系統核心部分所發生的變化，包括負責控制終端設備功能的集成電路 (IC) 的操作模式。在本篇博客中，我將討論時鐘和定時 IC 的一項重要特性，就是為高度集成系統提供“心跳”或基準頻率。我喜歡把這項特性稱為“引腳可選的特質”(pin selectable personality)。簡而言之，引腳可選的特質是器件根據其外部控制引腳的狀態接納不同配置（特質）的能力。
在探究針對這些引腳可選特質的潛在情形之前，我們來回顧一下能夠在計時器件中存儲上電復位 (POR) 配置的不同方法。采用外部控制引腳選擇的器件配置通常存儲在非易失性存儲器 (NVM) 中。最簡單的存儲器選項是掩模只讀存儲器 (ROM)，它是一種其存儲內容在集成電路 (IC) 制造過程中進行硬編碼的 ROM。雖然掩模 ROM 的主要優點是其可實現低成本的單位存儲，但其一次性掩模成本卻很高。生成用以支持一種新配置的掩模 ROM 需要進行 IC 再設計、制造、裝配和測試，而且常常不是一個快速過程。面對不斷發展變化的系統要求，產品設計周期必需加快。
第二種選項是一次性可編程 (OTP) NVM，其在 IC 制造之后僅進行一次編程（通過在每個比特燒斷熔絲來完成）。與前文討論的掩模 ROM NVM 相比，配置這種形式的 NVM 常常較快。顧名思義，OTP NVM 只能進行一次寫操作。系統原型設計期間的這一局限性有可能對項目進度產生負面影響。
針對這些問題的一種精致解決方案以非易失性電可擦可編程 ROM (EEPROM) 的形式存在，它為在設計周期的原型設計階段快速試用不同配置提供了靈活性。EEPROM NVM 使計時器件能夠靈活地接納不同的引腳可選特質。
圖 1 突出顯示了采用具集成型 EEPROM NVM 之計時解決方案的五項最重要的系統級優勢。
圖 1：具集成型 EEPROM NVM 之計時解決方案的系統級優勢
下面，我將一一闡述圖 1 中所示的這五項優勢：
1. 利用多種時鐘方案以最大限度地縮減系統物料清單 (BOM)：在我和硬件設計人員的幾次交談中，他們表達了這樣一個愿望，即盡量減少從計時器件供應商那里索取的 IC（供他們進行選擇以證實具備在其系統中使用的品質）數量。
除此之外，他們各自公司內部的不同產品線還具有各種各樣的計時要求（取決于終端設備）。計時器件提供了多個集成的 EEPROM NVM 頁面，這些頁面存儲了可容易地通過控制引腳搭接進行訪問的獨特配置，有助于極大地削減系統 BOM 并最大限度地縮短 IC 鑒定時間。
管理針對產品變種的要求：您的系統可能具有不同的操作模式。例如：在一種模式中，也許必需啟用通常被停用的處理器組以應對激增的數據處理需求。在另一種模式中，或許需要關斷邏輯電路以盡量降低總體系統功耗。計時器件必須適應這些操作模式及其配置（它們是不同 EEPROM 頁面能夠存儲的）。
滿足多種協議 / 平臺的需要：在廣播和專業視頻應用中，針對諸如串行數字接口 (SDI)、高分辨率多媒體接口 (HDMI) 和 DisplayPort 等各種不同視頻標準的計時要求會有明顯的差別。地區標準規定了視頻基準時鐘的頻率（對于基于逐行倒相 [PAL] 或美國國家電視系統委員會 [NTSC] 制式的系統分別為 148.5 MHz 或 148.5/1.001 MHz）。特定于地區的頻率計劃可存儲在獨特的 EEPROM 頁面中，從而使得一款計時 IC 能夠同時滿足多種平臺及協議的需要。
簡化系統原型設計：頻率和 / 或抖動裕度調節是在系統開發周期的工程驗證測試 / 設計驗證測試 (EVT/DVT) 階段中測試系統堅固性和相符性的常用方法。在頻率裕度調節的場合中，采用一種迭代過程對系統開始發生故障時的頻率進行測量。計時器件上的 EEPROM 頁面能夠存儲標稱頻率的頻率變種（偏離標稱值的范圍從幾 Hz 至幾 MHz），其可通過控制引腳來選擇。擁有必要的連接程序以在計時器件中執行頻率裕度調節測試，可幫助簡化原型設計和驗證。
確保您的系統適用于未來：未用的 EEPROM 頁面可用作未來配置的預留位置。當該是升級系統的時候，您不必為鑒定一款新的計時器件而犯愁。
現在，我們來考察一種實際應用情形，一款具集成型 EEPROM NVM 的時鐘發生器 IC 可在此場合中提供上文著重闡述的系統優勢：
表 1 列出了針對 LMK03328 超高性能時鐘發生器的一種 EEPROM 配置方案。如該表所示，計時器件上的引腳搭接 GPIO2 和 GPIO3 引腳能夠選擇特定于地區的視頻頻率、中央處理單元 (CPU) 和以太網時鐘。另外，該表還突出顯示了可對 CPU 時鐘頻率進行 ±5% 裕度調節的配置。
EEPROM 頁面 | 頁面 0 | 頁面 1 | 頁面 2 | 頁面 3 | 頁面 4 | 頁面 5 |
GPIO3 | 低 | 低 | 低 | 高 | 高 | 高 |
GPIO2 | 低 | 中等 | 高 | 低 | 中等 | 高 |
PLL1 VCO | 5 GHz | 5 GHz | 5 GHz | 5 GHz | 5 GHz | 5.346/1.001 GHz |
PLL2 VCO | 5.346 GHz | 5.346 GHz | 5.346/1.001 GHz | 5.346 GHz | 5.346 GHz | 5.346 GHz |
OUT0 | 297 MHz | 297 MHz | 297/1.001 MHz | 148.5 MHz | 297 MHz | 297 MHz |
OUT3 | 125 MHz | 125 MHz | 125 MHz | 125 MHz | 125 MHz | 停用 |
OUT4 | 156.25 MHz | 156.25 MHz | 156.25 MHz | 156.25 MHz | 156.25 MHz | 297/1.001 MHz |
OUT7 | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 100 MHz | 停用 |
OUT1、2、5、6 | 停用 | 停用 | 停用 | 停用 | 停用 | 停用 |
STAT0/CLK | 66.6 MHz | 69.4 MHz （＋5% 裕度調節） | 66.6 MHz | 66.6 MHz | 62.5 MHz （－5% 裕度調節） | 停用 |
表 1：采用 LMK03328 的引腳可選時鐘配置
我希望自己激發了大家對于具有掩模 ROM 和集成型 EEPROM NVM、并提供了成本效益和靈活性的計時器件的一些好奇心。我最喜歡的高性能時鐘發生器是 LMK03328。其他受歡迎的選擇是 CDCM6208 和 CDCE949。
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