【应用】支持任意频率/输出的时钟发生器，减少通信EMI辐射

时间： 2019-07-15 来源：百度文库（世强编辑整理）

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随着人们对高速通信系统的应用需求日益强烈， PCIE、SATA、SAS、USB3.0等高速接口已经越来越多的应用到各种通信设备中，与之相伴的高速通信系统EMI辐射过大的问题也逐渐引起了工程师们的注意。

高速通信设备需要高速时钟驱动，高速时钟是周期性变量，其在基频上具有较大的峰值能量，某些谐波也会存在较大的峰值能量，这些能量会产生较大的电磁辐射。当然，除了高速信号本身的辐射外，PCB布线、电源、电容、耦合电路等部件也是电磁辐射的来源。

EMI是由辐射电磁场或者感应电压和电流产生的。EMI辐射过大一直是高速系统设计的难点，在传统设计中，主要通过滤波、接地、屏蔽等方法来减小EMI辐射，因为这些方法主要是通过改变或者切断EMI辐射路径来减小EMI辐射的，导致设计成本较高。因此为了减少EMI，降低时钟的抖动，减少通信误码，人们把扩频通信技术功能引入到了时钟领域，提出了另外一种治本的方法时钟扩频技术(SSC)。SSC的主要目的是直接减小EMI辐射。其原理参考信号系统的扩频通信技术，即将固定频率的时钟变成一定范围变化的时钟，使得所有能量都集中在其基频上。对外辐射能量很大的时钟信号演变成能量会分散在一定频率范围上的频率变化的时钟。如图1所示，SSC时钟频谱平均分布在一定范围内，幅度很小，不会产生太大的EMI辐射。

图1：扩频时钟原理

SILICON LABS公司作为业界首要的时钟产品供应商，一直致力于提供基于SSC的时钟发生器，其中较为经典的一款就是时钟发生器Si5338。

Si5338是Silicon Labs最新推出的可用于产生0.16~710MHz时钟输出的时钟发生器，支持晶振或者时钟输入，以及CMOS、LVPECL、CML、LVDS、HCSL、SSTL、HSTL多种电平格式的4路输出，不需要额外的外部电平转换器。另外Si5338的各个I/O端口独立供电，支持I2C/SMBus在线编程和SSC。相对于以前的时钟发生器Si5335，Si5338 SSC支持的时钟频率有较大扩充，支持范围可达5~350MHz，不仅支持PCIE的100MHz接口时钟的SSC功能，也支持其它的光通信的接口时钟的扩频（如博通交换芯片常用的156.25MHz）。Si5338的扩展率为0.5%~5.0%，扩频调制率为33~63kHz。

使用ClockBuilder Desktop - Si5338-34-35-56配置SSC功能
ClockBuilder Desktop - Si5338-34-35-56 是Silicon Labs公司为Si5338芯片频率计划配置软件。该软件不仅方便配置时钟频点，也可以使用该软件配置SSC功能，配置界面如图2。

Si5338的SSC软件配置

图2：Si5338的SSC软件配置

使用SSC功能注意事项：
使能SSC功能时需要考虑后端芯片的时钟需求精度要求和抖动要求。扩频功能会降低输出频率的精度。另外，由于扩频会增加时钟周期上的时钟沿偏差，会导致更高的抖动。

Si5338的特点：
• 低功耗频率合成技术

• 低抖动指标：0.7 ps RMS

• 支持零延迟功能（外部反馈）

• 低功耗：45 mA内核供电

• 支持I2C、SPI可选串口

• 支持扩频时钟：5~350MHz，扩展率0.5~5%，调制率33~63kHz

• 支持LOS、LOL状态监测

• 工业温度范围：-40°C ~+ 85°C

Si5338的典型应用：
• 以太网交换机/路由器

• PCIE 2.0/3.0接口

• FPGA/处理器时钟

• MSAN/DSLAM/PON

• 光通信设备/电信线卡

• 广电音频/视频设备

• 1GbE/10 GbE以太网

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