【经验】如何简化汽车电子时钟树的设计？

时间： 2020-11-17 来源：Silicon Labs

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汽车电子产品的发展速度较以往快速许多，尤其制造商在开发全自动化汽车时，会将功能丰富的信息娱乐系统和高级驾驶辅助系统（ADAS）加入产品线。先进的半导体技术有助于这些新型车辆系统的快速开发和部署，半导体制造商也逐渐推出汽车级产品，包括更高带宽的处理器、GPU、高速PCI-Express交换机、以太网交换机SoC/PHY和FPGA。最新一代的汽车采用集成电路平台和连接解决方案后，在系统能力、功能、性能和成本方面带来了显著的效益，但设计的复杂性也给系统设计者带来新的挑战。

其中一项挑战是满足处理器、FPGA、交换机SOC、以太网物理层、USB物理层和PCIe Express Gen3/4端点中高速SerDes对高精度、低抖动参考时钟日益增长的需求，这些终端可用于汽车网络网关、信息娱乐系统、数字驾舱、ADAS、激光雷达和自动驾驶控制单元。在这些不断发展的新应用中，对精密参考时钟的需求数量在稳定增加，它们需要这些参考时钟支持单端和差分时钟格式、可变频率，以及低至300fs的RMS相位抖动要求。

汽车电子技术的发展

在汽车史上，汽车系统设计使用较低带宽的处理器和微控制器，每块板的设计只需要一到两个单端参考时钟频率。满足这些定时要求很简单，因为他们只需使用一两个石英晶体或晶体振荡器。随着现代汽车电子设计使用参考时钟数量的增加，满足定时要求的最简单方法是添加更多的石英晶体或振荡器；然而，调整基于石英的组件数量有许多缺点和局限性。除了增加电路板空间和成本外，石英晶体和振荡器先天上易受冲击和振动故障的影响，会造成很高的故障率。增加石英晶体和振荡器的数量会增加系统设计的故障点数以及长期的可靠性风险。

多年来，通信、计算、工业和消费市场一直使用基于硅的集成时钟发生器解决方案来满足对精确参考时钟定时的要求，而非石英晶体和振荡器。为确保系统正常运行并将误码率降至最低，高精度、低抖动的基准时钟在高速设计中至关重要。随着处理器速度和SerDes带宽水平的提高，对基准时钟的抖动要求也变得越来越难以满足。

最新一代汽车网络网关、ADAS传感器和自动驾驶平台目前正使用高带宽处理器、FPGA、1G/10GbE连接和PCI-Express Gen3/4/5数据总线，这些总线要求差分时钟的相位抖动须低于500 fs RMS。时钟发生器可以将多达八个石英晶体或振荡器的功能整合到一个集成电路中，并在时钟输出上提供优异的RMS相位抖动性能（<300fs RMS），同时提供许多附加功能和优点，有助于简化系统参考时钟的设计。

时钟树要求持续增长

通过整理系统设计中所需的参考时钟组合，可以选择和定义最佳的定时解决方案。一组参考时钟通常被称为“时钟树”。时钟树通常包括输入参考频率、端点所需的输出时钟频率、时钟输出格式以及每个参考时钟最大抖动性能的要求，这些往往由每个终端设备制造商指定。

除了新的汽车处理器、FPGA、连接和数据总线半导体解决方案正投入市场之外，AEC-Q100合规的硅基时钟解决方案现在也可用于简化汽车应用中日益复杂的时钟树设计问题。通过整合参考时钟到集成式时钟发生器中，系统设计者可以减少故障点，提高系统可靠性，并在抖动性能和频率灵活性方面获得显著优势。与传统基于石英的器件相比，额外的优点包括减少占板面积以及降低解决方案的总成本。

汽车时钟解决方案的进展

除了在同一设备产生分数和整数相关的输出频率外，最新一代AEC-Q100合规的时钟发生器配备的全新功能也可以帮助简化汽车电子时钟设计，而这些都是传统石英晶体或振荡器解决方案无法具备的。

随着ISO26262和ASIL要求的引入，安全性始终是所有汽车电子产品设计的首要任务。这些要求也会带来新的设计挑战。要在定时设计方面达到系统安全层级的目标，系统设计人员使用的时钟发生器应具备冗余的主要和备用参考输入功能、健康状态监测功能以及可以直接与系统安全管理IC通信的故障检测指示器。

在过去，汽车电子系统设计者一直不采纳时钟发生器，是因为潜在的电磁排放问题可能无法符合CISPR25 Class 4或Class5的限制要求。展频已经成为减少电磁排放的一种通用做法，但是在应用展频的情况下，能够容许参考时钟展频的频率和端点数量有限。最近由SILICON LABS（亦称“芯科科技”）完成的研究和CISPR25测试显示，使用互补的LVCMOS输出驱动器生成的单端时钟，结合新的布局方法和作业模式，可大幅减少时钟的电磁排放，并且在CISPR25 Class 4和Class5的测试中展现出优异的结果。

最新一代符合AEC-Q100标准的时钟发生器也完全可以编程，使系统设计能够根据特定的时钟树要求，在几分钟内提供完全定制的解决方案，而无须苦等定制器件的开发。如果在产品开发过程中需要更改，则可以通过易于使用的软件来完成或使用I2C端口直接在系统中进行。

为提高乘客的安全性和体验，汽车制造商的自动驾驶系统正迅速采用新的网络、ADAS以及利用先进的半导体处理器、FPGA、GPU和以太网交换机/PHY。采用这些新式、更高带宽的平台增加了设计的复杂性，同时也增加了对高精度、低抖动的单端和差分参考时钟的需求。汽车级时钟发生器的推出为系统设计师提供了集成式高性能解决方案，能够将整个时钟树整合到单一IC电路中，与传统的石英晶体和振荡器解决方案相比，可提高可靠性并降低系统成本。

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Si5332-AM1/2/3汽车级设备参考手册

描述- Si5332-AM1/2/3是一款高性能、低抖动的时钟发生器，能够合成多达五个用户可编程的时钟频率，输出频率高达333.33 MHz。支持外部晶振和外部时钟信号锁定，输出驱动器可配置以支持多种信号格式。该产品采用两阶合成架构和专利的高分辨率Multisynth技术，可从单个输入频率生成三个完全独立或非谐波相关的银行频率。提供多种封装尺寸，支持不同的输出时钟和用户可配置的硬件输入引脚组合。

型号- SI5332-AM1,SI5332-AM2,SI5332-AM3

January, 2021 - SILICON LABS - 用户指南 - Rev. 0.3 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

Si5332-AM1/2/3汽车级设备参考手册

描述- Si5332-AM1/2/3是一款高性能、低抖动的时钟发生器，能够合成多达五个用户可编程的时钟频率，最高可达333.33 MHz，并提供多达12个差分或24个单端输出时钟。该设备支持使用外部晶振进行自由运行操作，以及锁定到外部时钟信号。输出驱动器可配置以支持常见的信号格式，如LVPECL、LVDS、HCSL和LVCMOS。独立的输出供电引脚允许使用3.3 V、2.5 V、1.8 V和1.5 V（仅CMOS）供电多格式输出驱动器。核心电压供电（VDD）接受3.3 V、2.5 V或1.8 V，且独立于输出供电（VDDOs）。Si5332使用两阶段合成架构和专利的高分辨率Multisynth技术，可以从单个输入频率生成三个完全独立/非谐波相关的银行频率。

型号- SI5332-AM1,SI5332,SI5357,SI5332-AM2,SI5225X,SI5332-AM3

January, 2021 - SILICON LABS - 用户指南 - Rev. 0.2 代理服务技术支持采购服务

Si5332-AM1/2/3汽车级设备参考手册

描述- Si5332-AM1/2/3是一款高性能、低抖动的时钟发生器，能够合成多达五个用户可编程的时钟频率，最高可达333.33 MHz，并提供多达12个差分或24个单端输出时钟。该设备支持使用外部晶振进行自由运行操作，以及锁定到外部时钟信号。输出驱动器可配置以支持常见的信号格式，如LVPECL、LVDS、HCSL和LVCMOS。独立的输出供电引脚允许使用3.3 V、2.5 V、1.8 V和1.5 V（仅CMOS）供电多格式输出驱动器。该设备采用双级合成架构和专利的高分辨率Multisynth技术，可以从单个输入频率生成三个完全独立/非谐波相关的银行频率。

型号- SI5332,SI5332-AM1,SI5332-AM2,SI5332-8A-EVB,SI5332-AM3,SI5332-6A-EVB

September 20, 2019 - SILICON LABS - 用户指南 - Rev. 0.1 代理服务技术支持采购服务

星通时频（SCTF）石英晶体振荡器选型指南

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型号- 7CM,SX3MX.XXXM20F30TNN,2CM SERIES,3CM SERIES,1CM,1CM SERIES,2CM,3CM,5CM SERIES,7CM SERIES,5CM,SX3M1.000M20F30TNN

2024/4/19 - 星通时频 - 选型指南

AN1239：推荐用于Si5332和Si5225x时钟发生器的汽车AEC-Q200晶体

描述- 本文档推荐了适用于Si5332和Si5225x汽车级时钟发生器的AEC-Q200晶体，并提供了选择晶振负载电容的相关信息。内容包括推荐的AEC-Q200晶体列表、Si5332使用ClockBuilder Pro（CBPro）的“调整电容”值以及Si52254/8设计的外部晶振负载电容计算方法。

型号- DSX321G,SI52254,7AD02600A06,FA-238A,SI5332,7AD02400A16,AM26072301,SI5225X,SI52258,AM24072301,NX2016SA,SI5335X,LFXTAL071785REEL,7AD02500A1X,AM25072301

June 2020 - SILICON LABS - 应用笔记或设计指南 - Rev. 0.1 代理服务技术支持采购服务

AN1292：Si5332-AM SmartClock™故障检测和监控

描述- 本文档主要介绍了Si5332-AM系列智能时钟（SmartClock™）的故障检测和监控功能。该系列时钟发生器旨在解决汽车电子系统中日益复杂的时钟树设计挑战，提供多达12个独特的频率输出，支持多种电气格式。文档详细阐述了Si5332-AM的SmartClock特性，包括冗余参考输入、健康监控、故障检测、与外部安全管理器的通信、主/备份参考源切换和AlwaysON输出等功能。此外，还提供了系统级示例，说明如何实现这些特性。

型号- SI5332-AM1,SI5332-AM,SI5332-AM2,SI5332-AM3

2021/01/21 - SILICON LABS - 应用笔记或设计指南 - Rev. 0.1 代理服务技术支持采购服务

【应用】Silicon Labs符合AEC-Q100标准、适用于ADAS系统和自主驾驶硬件平台的时序解决方案

在ADAS设计或模块设计中符合ISO26262标准和汽车安全完整性等级（ASIL）非常重要。在这些应用中，可能需要参考时钟冗余或健康监测来达到系统级安全目标。Silicon Labs符合AEC-Q100标准的Si5332时钟发生器包含石英晶体或振荡器解决方案无法提供的故障监控和检测功能。

2021-01-13 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

Si5332 汽车级产品数据表

描述- Si5332-AM是一款基于Silicon Labs MultiSynth™技术的汽车级任意频率时钟发生器，具备高灵活性，可在多达12种不同的时钟输出端生成各种整数倍和非整数倍频率。该产品具有卓越的抖动性能（190 fs rms），并支持多种输出信号格式，适用于ADAS ECU、Lidar/雷达传感器、汽车网络/网关、自动驾驶ECU、数字驾驶舱/IVI和摄像机/视觉系统等领域。

型号- SI5332G,SI5332,SI5332-AM1,SI5332X-D-AMPR,SI5332-AM,SI5332C,SI5332D,SI5332-AM2,SI5332-AM3,SI5332A,SI5332B,SI5332XDXXXXX-AMPR

January, 2021 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.1 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

Si5332 汽车级产品数据表

描述- Si5332是一款汽车级高精度时钟发生器，基于Silicon Labs的MultiSynth™技术，具备灵活的频率合成能力，可生成任意输出频率组合。该产品符合AEC-Q100标准，具有6/8个输出端口，支持多种信号格式和电源电压配置，适用于信息娱乐、雷达传感器、ADAS ECU和LiDAR传感器等领域。

型号- SI5332,SI5332X-D-AMPR,SI5332-AM1,SI5332C,SI5332D,SI5332-AM2,SI5332A,SI5332B,SI5332XDXXXXX-AMPR

July, 2020 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务

Si5332 汽车级产品数据表

描述- Si5332是一款基于Silicon Labs MultiSynth™技术的汽车级任意频率时钟发生器，具备高灵活性，可在多达8个不同的时钟输出端生成多种整数倍和非整数倍频率。该设备具有卓越的抖动性能（190 fs rms），并支持多电源应用。Si5332可通过ClockBuilder Pro™软件进行配置，适用于信息娱乐、雷达传感器、ADAS ECU和LiDAR传感器等领域。

型号- SI5332X-D-AMPR,SI5332C,SI5332D,SI5332XDXXXXX-AMPR,SI5332,SI5332-AM1,SI5332B-D-AMPR,SI5332C-D-AMPR,SI5332A-D-AMPR,SI5332D-D-AMPR,SI5332-AM2,SI5332-AM3,SI5332A,SI5332B

September, 2019 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 0.7 代理服务技术支持采购服务

Si52254/Si52258产品介绍

描述- 该资料介绍了Si52254和Si52258两款PCIe时钟发生器，适用于汽车级应用。这两款产品提供8个或4个100 MHz PCIe差分时钟输出，符合PCIe Gen1/2/3/4/5通用时钟和SRIS规范。具有低功耗、高可靠性和良好的电磁干扰（EMI）抑制能力。

型号- SI52258A-D01AMR,SI52258A-D01AM,SI52258,SI52254A-D01AMR,SI5225X,SI5224A-D01AM,SI52254,SI52254A-D01AM

January, 2021 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务

Si5332汽车级数据表

描述- Si5332是一款基于Silicon Labs专有的MultiSynth™灵活频率合成技术的汽车级时钟发生器。该设备可生成任意组合的输出频率，具有优异的抖动性能（190 fs rms）。其高度灵活的架构允许单个器件在多达8个差分时钟输出上生成广泛的整数和非整数相关频率，频率合成误差为0 ppm。Si5332适用于多种混合电源应用，并提供多个输出银行，每个银行都可以连接到独立的电压。

型号- SI5332,SI5332X-D-AMPR,SI5332-AM1,SI5332C,SI5332D,SI5332-AM2,SI5332-AM3,SI5332A,SI5332B,SI5332XDXXXXX-AMPR

September, 2019 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 0.7 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

【视频】0延迟,40fs Jitter,硅基汽车级时钟发生器

在汽车电子＆无人驾驶及新能源汽车与新材料专场世强在线研讨会中，Silicon Labs技术专家为我们做了演讲。本视频主要介绍Silicon Labs打造出的更具稳定性,0延迟以及更低抖动40fs Jitter的汽车级时钟发生器。

2020-09-25 - 新产品代理服务技术支持采购服务

采用SmartClock™技术的Si5332-AM汽车级时钟发生器

描述- Si5332-AM是一款基于Silicon Labs专有的MultiSynth灵活频率合成技术的汽车级时钟发生器。该设备可生成任意组合的输出频率，具有优异的抖动性能（190 fs rms）。其高度灵活的架构允许单个器件在多达12个差分时钟输出上生成广泛的整数和非整数相关频率，频率合成误差为0 ppm。Si5332-AM配备SmartClock技术，提供监测参考输入健康状况、检测故障、将故障通知系统安全管理员以及在出现故障时切换到冗余备份源的能力。

型号- SI5332G,SI5332X-D-AMPR,SI5332-AM,SI5332C,SI5332D,SI5332-AM3 FAMILY,SI5332XDXXXXX-AMPR,SI5332-AM1,SI5332,SI5332-AM2,SI5332-AM3,SI5332A,SI5332B

January, 2021 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.1 代理服务技术支持采购服务

【产品】汽车级PCIe Gen1/2/3/4/5 时钟发生器Si52258A-01AM，支持8路输出

Silicon Labs推出汽车级PCIe Gen1/2/3/4/5 时钟发生器Si52258A-01AM，支持8路输出。该芯片提供业界领先的抖动性能和集成，同时支持85欧和100欧阻抗，并集成HCSL 输出驱动器，可最大程度降低功耗和外部终端电阻器数量。Si52258A-01AM 非常适合汽车信息娱乐、ADAS 传感器和自动驾驶平台解决方案。

2019-11-11 - 新产品代理服务技术支持采购服务