Silicon Labs时钟发生器为汽车激光雷达、雷达和摄像机系统提供频率灵活的集成时序解决方案

时间： 2021-01-06 来源：Silicon Labs

技术问答

分类为级别3、级别4和级别5的车辆必须充分了解周围环境，跟踪各个方向物体的状态和移动，并利用该信息导航车辆。激光雷达、雷达和摄像机组合用于创建车辆环境和周围物体的短距离、中等距离和长距离三维地图。这些系统不断检测大量实时数据并通过高带宽以太网将其传输至自动驾驶中央计算平台。数据经先进软件算法进行处理，以确定物体和物体的轨迹是什么以及物体的移动速度，最终形成车辆周围的瞬时三维地图，从而决定如何对车辆进行导航。

激光雷达、雷达和摄像机系统都有这样或那样的优势，因此其组合通常用于级别3、级别4和级别5使能的自动车辆。大多数设计采用具有56G高带宽或112G SerDes的高端FPGA平台或高速处理器平台。也常使用专用传感器IC和高速ADC/DAC以及1GbE或10GbE来将数据传输至自动驾驶中央计算平台。这些主要设计组件中的每一种都需要具有各种差分输出格式、频率范围从100MHz至1GHz的整数和分数相关参考时钟，且参考时钟的RMS相位抖动低于300fs。采用石英振荡器解决方案来满足这些要求会带来可靠性、成本以及采购方面的挑战。而时钟发生器能够将频率高达1GHz的整数和分数相关参考时钟组合进行综合，具有可编程输出格式驱动器，支持低至100fs的RMS相位抖动性能，并且还提供了在小增量级中可用来更改一个或多个输出时钟频的系统内编程。

在考虑时序解决方案时，建议考虑以下方面：

1、总结时钟树：首先梳理所有参考时钟、抖动性能要求以及设计中所需的相关时序功能。这通常称为时钟树。每种单独设计都有其独特的时钟树，但通常需要具有不同等级抖动性能要求的单端时钟和差分时钟。开始确定时序解决方案时对时钟树进行总结将非常有用。

2、频率灵活性：激光雷达设计通常采用高带宽FPGA、ASIC和高速ADC，所有这些都需要低抖动、高频（100Mhz - 1Ghz）差分输出时钟。SILICON LABS（芯科科技）获得专利的MultiSynth输出分频技术在高达12输出的整数和分数相关输出频率上均可提供0ppm合成错误，同时保持业界最佳的抖动性能。每种输出都可以单独设置为特定的频率和格式级别，从而能够将高频时钟整合到一个时钟发生器中。Silicon Labs的时钟发生器还提供系统内I2C频率编程以及DCO模式，从而能够对参考时钟进行微调。

3、可靠性：石英晶体和振荡器组件都是易受冲击和发生振动故障的机械设备。甚至连符合AEC-Q200标准的设备都具有较高FIT失效率，且通常是系统设计中失效率最高的组件。在系统设计中添加越来越多的石英晶体和振荡器组件不仅会增加物料表和系统总成本，还会增加可靠性方面的顾虑，因为石英元件易受冲击和发生振动故障。一种更好的方法是将石英晶体和振荡器组件集成到一个时钟发生器解决方案中。采取这种方法会大大降低与设计时序部分相关的FIT失效率，同时还会提供有益于时钟树设计的许多其他功能，例如减少EMI/EMC的扩频功能、频率选择和故障监控。

4、功能集和集成：Silicon Labs的时钟发生器配备了许多可简化设计的功能，例如减少差分PCIe时钟上EMI的扩频功能、音频时钟上的频率选择功能、硬件输出使能控制、多配置文件选择以及带有故障检测的冗余时钟输入功能。实现低抖动性能始终是优先考虑的事项，因此Silicon Labs的时钟发生器在所有电源引脚上都包含了片上LDO，从而带来了业界最佳的PSNR性能。通过片上实现抑制外部电源和板级噪声极大减少了电源滤波所需的外部组件数量，从而降低了电路板空间和成本，并确保了输出时钟抖动性能符合数据表规格限值。

5、定制：Silicon Labs的ClockBuilder Pro软件工具可指导用户轻松、逐步地生成针对时钟树要求的配置文件。配置文件完成后，ClockBuilder Pro可针对用户的设计专门分配一个定制部件号，提供相关数据表附录，并允许用户将其保存以备后用。

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