【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

技术问答

选型帮助

研发客服

商务客服

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。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由seven转载自Silicon Labs，原文标题为:技术干货－简化汽车电子时钟树的设计，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

美格SLM758智能模组，集成ADAS和DMS算法，支持4G全网通，非常适合车载DVR的应用

按照交通部门要求加装高级驾驶辅助系统（ADAS）/驾驶员行为监控（DMS）设备，就需要至少两路摄像头同时做算法分析，同时录像，并且支持视频上传后台。使用传统方案不仅成本高，而且功耗大，稳定性较低，而使用美格SLM758智能模组，功能更强大，价格更便宜。

设计经验发布时间 : 2019-01-11

【经验】了解不同GCPW制造工艺对电路材料的影响，建立生产性能公差，实现毫米波ADAS电路量产

模拟性能水平和制造的毫米波GCPW电路的测量水平之间的差异应该提前预料到。成功实现毫米波GCPW电路大批量生产的关键之一是通过评估某些材料特性和某些电路特征，提前将变化最小化。通过了解成熟的电路材料（例如ROGERS RO3003层压板）如何受到不同GCPW制造工艺的影响，可以建立有意义的生产性能公差，从而实现即使对于77 GHz的毫米波 ADAS电路也可以达到高产量。

设计经验发布时间 : 2020-07-31

瑞萨首款面向ADAS产品的SOC R-Car V2H，功能强大，可完全替代TI的ADAS SOC TDA2X

R-Car V2H则是瑞萨首款R-Car ADAS设备，两者均是采用ARM® 双核 Cortex™-A15 微处理器子系统、面向ADAS、最高频率可达1GHz的SOC，从硬件模块组成、软件应用、开发效率上看，R-Car V2H更具优势，可以替代TI TDA2X进行车载ADAS产品的开发应用。

设计经验发布时间 : 2018-11-13

【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。

应用方案发布时间 : 2021-01-13

【产品】工作在-40~+105 ℃的汽车级PCIe时钟发生器Si52258、Si52254，分别提供8、4路输出

Silicon Labs（芯科科技）的Si52258、Si52254是业界性能最高、功耗最低的汽车级PCI Express时钟发生器，支持PCIe Gen1/2/3/4/5通用时钟和SRIS（分离参考独立展频）应用。Si52258和Si52254分别提供8路和4路100MHz PCIe差分时钟输出。

新产品发布时间 : 2019-09-30

星通时频（SCTF）石英晶体振荡器选型指南

描述- 深圳市星通时频电子有限公司（Shenzhen SCTF Electronics Co. Ltd）,专业研发、生产、销售系列石英晶体谐振器、振荡器。工厂位于河源国家级高新技术产业园，拥有先进的生产、检测和检验设备，万级净化生产车间，推行IS09001、IS014001和IATF16949国际标准化管理体系。SCTF凭借多年晶振生产工艺技术和市场深耕的积累，以及个性化产品运用解决方案服务，已经成为国内及世界知名厂商供应合作伙伴。我们的产品广泛应用于：网络通信、智能电网、物联网、智能家居、智能安防、汽车电子、工业自动化、金融支付、消费类电子产品等领域。在产品日新月异的今天，我们对产品研发生产建立快速反应机制，特别针对新产品提供了更加贴切的设计和生产技术的更新。

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

选型指南 - 星通时频 - 2024/4/19 PDF 英文下载

【产品】汽车级6输出时钟发生器开发套件Si5332-6A-EVB，时钟频率的合成误差均为0 ppm

Silicon Labs 推出Si5332 汽车级 6 输出时钟发生器开发套件Si5332-6A-EVB。Si53332-6A-EVB 使得可轻松从 ClockBuilder Pro 设备配置转移至手动性能评估。 Si5332-AM1器件使用获得专利的Multisynth™技术来生成多达六个独立的时钟频率，每个时钟频率的合成误差均为0 ppm。

新产品发布时间 : 2019-11-24

【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。

新产品发布时间 : 2020-09-25

Si5332-AM Automotive Grade Clock Generator with SmartClock™ Technology

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

数据手册 - SILICON LABS - Rev. 1.1 - January, 2021 PDF 英文下载

Silicon Labs符合AEC-Q100标准的汽车级时钟产品助力先进智能汽车应用与设计

Silicon Labs是全球时钟解决方案的领先供应商，服务众多知名企业。为完善产品线，进一步拓展市场，Silicon Labs近期陆续推出符合AEC-Q100标准的汽车级时钟产品：时钟发生器(支持任意频率输出)、PCI-Express (PCIe) 时钟发生器(兼容1/2/3/4/5代PCIe)、时钟缓冲器以及PCIe时钟缓冲器(兼容1/2/3/4/5代PCIe)。

原厂动态发布时间 : 2020-08-21

【应用】车规级时钟发生器SI5332D-D-AM1可用于汽车网关，支持PCIe Gen1/2/3/4/5标准

本文推荐Silicon Labs的车规级时钟发生器SI5332D-D-AM1作为汽车网关设计时钟源，为PCIe接口如PCIe M.2、PCIe Slot以及主控处理器PCIe等提供PCIe参考时钟。支持AEC-Q100标准，支持PCIe Gen1/2/3/4/5标准。

应用方案发布时间 : 2020-12-22

【技术】Silicon Labs解析智能汽车时钟设计的四大关键需求

Silicon Labs时钟产品高级营销经理特别于近期撰写了一篇技术文章，说明关于新型智能汽车的时钟设计关键需求与理想的时钟发生器解决方案。汽车级时钟发生器的推出，为设计人员提供了集成式高性能解决方案，能将整个时钟树集成到单个IC中，提高可靠性并降低系统成本。

技术探讨发布时间 : 2021-04-21

【产品】Silicon Labs推出业界最广泛的汽车级时钟解决方案系列产品

Silicon Labs（亦称“芯科科技”）推出业界最广泛的汽车级时钟解决方案系列产品，设计旨在满足车载系统苛刻的时钟需求。新款符合AEC-Q100标准的时钟器件包括Si5332任意频率可编程时钟发生器、Si5225x PCIe Gen1/2/3/4/5时钟、Si5325x PCIe缓冲器和Si5335x扇出时钟缓冲器。

新产品发布时间 : 2019-09-28

【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。

新产品发布时间 : 2019-11-11

Silicon Labs为汽车级应用提供符合AEC-Q100标准的时钟发生器、时钟缓冲器等时钟产品

Silicon Labs 推出了完整的汽车级产品系列、符合 AEC-Q100 标准的时钟发生器、PCI-Express (PCIe) 时钟、PCIe缓冲器和扇出缓冲器。高度集成的时钟树芯片解决方案6/8 输出设备在 32/40 QFN 中可用；汽车级2（-40 至 +105°C），符合 AEC-Q100 标准；输出上的 190fs RMS 相位抖动典型值高达 333.33 M。

原厂动态发布时间 : 2020-03-18