幾乎所有的電子係統都需要針對一個或多個處理器以及許多相關外圍IC的多個時鍾信號，以建立該係統的運行節奏。這些時鍾信號通常由石英晶體產生，頻率範圍可以從幾MHz到幾百MHz。

雖(sui)然(ran)許(xu)多(duo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)都(dou)需(xu)要(yao)這(zhe)些(xie)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)
，但(dan)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)多(duo)個(ge)晶(jing)體(ti)作(zuo)為(wei)主(zhu)時(shi)鍾(zhong)源(yuan)並(bing)不(bu)現(xian)實(shi)，也(ye)不(bu)是(shi)所(suo)期(qi)望(wang)的(de)方(fang)式(shi)。其(qi)原(yuan)因(yin)是(shi)，使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)獨(du)立(li)的(de)時(shi)鍾(zhong)源(yuan)會(hui)帶(dai)來(lai)這(zhe)些(xie)時(shi)鍾(zhong)與(yu)靶(ba)標(biao)同(tong)步(bu)的(de)問(wen)題(ti)
，提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)，同(tong)時(shi)增(zeng)大(da)了(le)對(dui)於(yu)電(dian)路(lu)板(ban)麵(mian)積(ji)的(de)要(yao)求(qiu)。相(xiang)反(fan)，設(she)計(ji)者(zhe)幾(ji)乎(hu)總(zong)是(shi)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)單(dan)一(yi)的(de)主(zhu)時(shi)鍾(zhong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)作(zuo)為(wei)時(shi)鍾(zhong)源(yuan)，再(zai)將(jiang)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)分(fen)配(pei)給(gei)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)各(ge)個(ge)組(zu)件(jian)。

danzhezhongjiejuefanganyebushimeiyoutiaozhan。shouxian，suoyoudeshizhongdoubushiwanmeide

，meigeshizhong，jishishizaiyigejingxinshejidezhendangdianluzhongdeyigejingzhunjingti，yehuiweiraoqibiaochengpinlvchanshengyixiexiangguandedoudongheweixiaodeshixubianhua

，rutu1a所示，這相當於在頻域中的相位噪聲，見圖1b。

主時鍾的固有缺點隻是問題的開始。時鍾振蕩器通常不能支持所有必須的負載
，也不能驅動連接信號源與負載之間的電路布線或電纜。

圖1：有兩種同樣有效的方式來分析抖動：a）在時域中，采用一個完美的時鍾（頂部）和具有抖動的時鍾（底部），顯示細微的時間差別（相移）。b）在頻域中，采用同樣完美的時鍾（頂部）和具有抖動的時鍾（底部），顯現出圍繞標稱值的頻率偏移。
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為了克服這一驅動能力的不足，需要一個專門的時鍾緩衝器IC用於在樹狀拓撲架構下升壓和“扇出”主時鍾，如圖2所示。緩衝器功能簡單
，並隻完成一項工作：它以時鍾源作為其輸入
，並且提供能夠盡可能完美複製時鍾輸入的多個輸出。

圖2：根據所用的時鍾樹拓撲架構，在時鍾源和最終時鍾負載之間可以采用一個或多個時鍾緩衝器。

盡管這種功能往往不是很引人注目，也不可能得到太多的關注和重視，但它在係統整體性能、信號完整性、以及係統和電路的一致性

、可靠性方麵起著重要作用。目前市場上有可以驅動2個
、4個、8個甚至更多負載的緩衝器IC，能夠緊密配合設計的需要，無需額外的成本費用或電路板空間，如圖3所示。

圖3：類似IDT5PB11xx的時鍾緩衝器可提供扇出數4（指定於1:4緩衝器）
；簡單的功能圖無需顯示內部的設計細節。

采用一個緩衝器：簡單
，但不是沒有挑戰

理想的時鍾緩衝器能夠傳輸得到升壓的輸入時鍾
，但不能有任何附加的抖動
、延遲、失真、或其他不利因素。像所有其他組件一樣，這種理想的時鍾緩衝器並不存在，而一些器件卻可以很接近、非常接近理想情況。顯然，緩衝器會占據PCB空間、消耗功率、並bing增zeng加jia成cheng本ben
，它ta們men還hai會hui把ba自zi身shen的de抖dou動dong增zeng加jia到dao時shi鍾zhong的de內nei在zai抖dou動dong上shang。但dan現xian實shi中zhong沒mei有you可ke行xing的de替ti代dai方fang案an，因yin此ci
，我wo們men的de目mu標biao必bi須xu是shi要yao獲huo得de與yu應ying用yong良liang好hao匹pi配pei的de時shi鍾zhong緩huan衝chong器qi。

這裏重要的是要理解為什麼緩衝器的低抖動如此至關重要。從網絡設備、高端PC到儀器設備
，當今許多電子產品所允許的抖動指標非常小。很多這些產品的典型抖動值約為100fs（飛秒，為10-15秒，或十億分之一秒的百萬分之一），比幾年之前認為是高性能的指標高出一個量級。

一yi般ban情qing況kuang下xia
，緩huan衝chong器qi的de抖dou動dong遠yuan比bi時shi鍾zhong的de抖dou動dong要yao小xiao
，所suo以yi主zhu要yao抖dou動dong源yuan是shi時shi鍾zhong，而er不bu是shi其qi緩huan衝chong器qi。緩huan衝chong器qi輸shu出chu驅qu動dong的de所suo有you負fu載zai的de複fu合he抖dou動dong是shi時shi鍾zhong和he緩huan衝chong器qi抖dou動dong值zhi的de均jun方fang根gen（rms）組合。例如
，一個時鍾具有抖動400fs（均方根值），其緩衝器抖動為50fs（均方根值），結果隻有5fs的有效附加均方根抖動
，所以緩衝器對於組合均方根抖動的貢獻比時鍾小很多。（請注意，這裏隻是抖動的一個頂級特性，抖動是一個多方麵的、非常複雜的問題；見附文“抖動表征和測試。”）

對於抖動期望在收緊

既然緩衝器對於整體抖動的貢獻如此之小
，為何還要關心使用更好、具(ju)有(you)更(geng)低(di)抖(dou)動(dong)的(de)緩(huan)衝(chong)器(qi)呢(ne)
？簡(jian)言(yan)之(zhi)，當(dang)今(jin)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)係(xi)統(tong)時(shi)鍾(zhong)速(su)度(du)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)和(he)要(yao)求(qiu)在(zai)影(ying)響(xiang)所(suo)需(xu)的(de)參(can)數(shu)。隨(sui)著(zhe)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)和(he)時(shi)鍾(zhong)速(su)度(du)提(ti)高(gao)，時(shi)鍾(zhong)必(bi)須(xu)比(bi)上(shang)一(yi)代(dai)產(chan)品(pin)有(you)更(geng)低(di)的(de)抖(dou)動(dong)。其(qi)結(jie)果(guo)是(shi)，具(ju)有(you)更(geng)低(di)抖(dou)動(dong)的(de)時(shi)鍾(zhong)緩(huan)衝(chong)器(qi)對(dui)於(yu)保(bao)證(zheng)負(fu)載(zai)端(duan)的(de)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。

通過對粗略數字的基本分析可以使這一點更加清晰。在時鍾和緩衝器的抖動相等時（這種情況在時鍾抖動不斷縮小時可能發生），得到的抖動均方根值為√2（≈1.4）比單獨的時鍾要高，幾乎增加50％以yi上shang。其qi結jie果guo是shi，各ge個ge負fu載zai端duan的de時shi鍾zhong信xin號hao性xing能neng與yu時shi鍾zhong的de原yuan始shi值zhi相xiang比bi顯xian著zhu降jiang低di。因yin此ci，隨sui著zhe時shi鍾zhong性xing能neng變bian好hao，具ju有you更geng低di的de抖dou動dong時shi
，關guan鍵jian是shi要yao降jiang低di緩huan衝chong器qi的de抖dou動dong
，甚shen至zhi更geng多duo，這zhe樣yang緩huan衝chong器qi對dui於yu整zheng體ti抖dou動dong的de貢gong獻xian可ke以yi最zui小xiao化hua。

傳(chuan)統(tong)上(shang)，電(dian)路(lu)設(she)計(ji)者(zhe)對(dui)於(yu)過(guo)度(du)抖(dou)動(dong)問(wen)題(ti)的(de)解(jie)決(jue)途(tu)徑(jing)需(xu)要(yao)在(zai)緩(huan)衝(chong)器(qi)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)不(bu)令(ling)人(ren)滿(man)意(yi)的(de)折(zhe)衷(zhong)。他(ta)們(men)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)具(ju)有(you)低(di)抖(dou)動(dong)的(de)緩(huan)衝(chong)器(qi)
，但(dan)要(yao)做(zuo)到(dao)這(zhe)一(yi)點(dian)，這(zhe)些(xie)緩(huan)衝(chong)器(qi)要(yao)消(xiao)耗(hao)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)和(he)/或電壓。簡而言之，更低的抖動需要更大的電流。不幸的是，這意味著緩衝器用戶陷入較高功耗、更(geng)多(duo)低(di)能(neng)效(xiao)組(zu)件(jian)的(de)困(kun)境(jing)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)產(chan)品(pin)的(de)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)，增(zeng)大(da)了(le)散(san)熱(re)量(liang)，這(zhe)些(xie)都(dou)是(shi)不(bu)依(yi)賴(lai)於(yu)電(dian)源(yuan)以(yi)及(ji)是(shi)否(fou)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)散(san)熱(re)措(cuo)施(shi)都(dou)必(bi)須(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)。

現在的好消息是，這種傳統的折衷已經不再需要。IDT公司全新係列的時鍾緩衝器基於經過驗證的IC工gong藝yi，同tong時shi采cai用yong了le設she計ji和he拓tuo撲pu結jie構gou方fang麵mian的de創chuang新xin
，實shi現xian了le極ji低di的de抖dou動dong但dan功gong耗hao並bing沒mei有you增zeng加jia，同tong時shi還hai具ju有you更geng小xiao的de芯xin片pian尺chi寸cun，能neng夠gou采cai用yong一yi係xi列lie的de電dian源yuan軌gui供gong電dian運yun行xing。例li如ru
，IDT5PB11xx係列LVCMOS扇出緩衝器在12kHz到200MHz範圍內具有低於50fs的均方根附加相位抖動，而內核電流隻有15mA。
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通過仔細分析在此頻率範圍內的均方根附加相位抖動曲線可以更明顯地看到這些得到的好處。圖4a展示的是在5PB11xx緩衝器輸入端來自於200-MHz時鍾源的抖動
，而圖4b則示出了相同的參數
，但是在緩衝器輸出端。即使在最高頻率（這是最具挑戰性的區域）時，附加抖動僅為31.6fs。IDT公司產品係列的其他器件具有不同的輸出扇出和配置變化
，但都具有類似的低附加抖動。

圖4：即使在200MHz輸入時
，由IDT5PB11xx增加到時鍾信號的附加性抖動影響隻有約32fs。

除了獨特的低抖動
、低功耗特性外，IDT5PB11xx緩衝器也具有其它性能優勢。它可以采用1.8V到3.3Vzhijiandekuanfanweidianyagongdianyunxing
，erxingnengbuhuijiangdi。yincizaiyigejuyouduogedianyuanguidejiaodashejizhong
，keyizaibutongdedifangcaiyongtongyangdebujian，shenzhizaiduogechanpinzhongcaiyongtongyibujian。zhebujinjianhualewuliaoqingdan（BOM）
，同時也降低了因使用多個新部件而導致出現的附加性設計“意外”自然風險。

5PB11xx的信道與信道輸出偏移（skew）（輸出信道之間的相對時序差）僅為50ps
，這對於保持多個外圍負載之間的同步至關重要。該緩衝器以一個微小的2×2mmDFN封裝供貨，這種小尺寸是許多先進的便攜式應用非常需要的。5PB11xx同時也可以及較大的3.9×4.9mmSOIC封裝供貨，可用於以往的設計進行性能升級，或用於電路板空間不是很緊張的新項目設計。

當然，雖然工作在200MHz、性能經過大幅度改善的5PB11xx器件簡化了設計挑戰，但它並不能完全消除電路設計者的責任。在200MHz頻率下
，仍然要應用良好的設計規範，包括12至18英寸（30到45cm）長的緩衝器與負載之間最大電路板布線長度，采用PCB板上的平衡布線以降低噪聲和接地回路影響等等
，同時也需要遵循其它的標準高頻設計準則。

一些設計師或許在下述兩種緩衝器之間難以抉擇：一種具有較低抖動
，但有較高並難以承受的功耗；另一種具有低功耗，抖動指標卻遜色不少。IDT公gong司si的de全quan新xin時shi鍾zhong緩huan衝chong器qi產chan品pin係xi列lie不bu需xu要yao再zai有you這zhe種zhong折zhe衷zhong。除chu了le封feng裝zhuang和he引yin腳jiao與yu已yi有you產chan品pin兼jian容rong外wai
，它ta們men也ye可ke以yi更geng小xiao的de封feng裝zhuang提ti供gong，這zhe意yi味wei著zhe設she計ji師shi不bu僅jin可ke以yi在zai新xin設she計ji中zhong采cai用yong該gai緩huan衝chong器qi
，同tong時shi可ke以yi在zai已yi有you設she計ji中zhong利li用yong這zhe些xie器qi件jian的de優you勢shi。

抖動表征和測試

抖dou動dong是shi一yi個ge簡jian短duan的de術shu語yu，但dan卻que是shi一yi個ge擁yong有you許xu多duo技ji術shu細xi節jie的de複fu雜za主zhu題ti。不bu僅jin有you許xu多duo類lei型xing的de抖dou動dong

，同tong時shi也ye有you不bu同tong的de度du量liang方fang法fa來lai評ping估gu抖dou動dong，抖dou動dong類lei型xing和he值zhi的de大da小xiao依yi照zhao具ju體ti的de應ying用yong而er有you不bu同tong的de結jie果guo，欲yu了le解jie更geng多duo信xin息xi，請qing參can閱yue附fu表biao。兩liang個ge信xin息xi量liang很hen大da的de參can考kao文wen獻xian是shiAN-815理解抖動單位和AN-827時鍾抖動的應用關聯。

在評估抖動時
，重要的是設計師要針對多個抖動指標做“樹狀分析”，fenxitamenruhehuihezaiyiqi，quebaodoudongjieguozaiyidingfanweinei
，bingqiedoudongdexitongjiyingxiangkeyijieshou。tongyangzhongyaodeshiduiyunaxiejihuashijiceshibingquerenqidoudongfenxidegongchengshi，bixuyaolejiezaidangjinshejizhongfeichangkuaideshizhonghefeichangdidedidoudongdailaidetiaozhan。zaisheji、安裝、測試設備

、計ji算suan等deng確que認ren測ce量liang過guo程cheng的de每mei一yi個ge環huan節jie，都dou存cun在zai一yi些xie複fu雜za而er微wei妙miao的de因yin素su，有you時shi侯hou很hen容rong易yi進jin行xing一yi些xie不bu當dang的de測ce試shi，可ke在zai不bu經jing意yi間jian誤wu導dao並bing生sheng成cheng一yi些xie數shu字zi
，導dao致zhi對dui結jie果guo的de過guo於yu樂le觀guan或huo者zhe過guo於yu悲bei觀guan。

作為一家時鍾發生器和緩衝器IC的領先廠商，IDT公司擁有針對這些測試的豐富經驗，所有器件正在使用是德科技（KeysightTechnologies，以前的安捷倫）的E5502相位噪聲測量解決方案等儀器進行測試，見圖SB-1。該(gai)儀(yi)器(qi)經(jing)專(zhuan)門(men)設(she)計(ji)，可(ke)用(yong)於(yu)在(zai)設(she)計(ji)評(ping)估(gu)和(he)生(sheng)產(chan)階(jie)段(duan)測(ce)量(liang)非(fei)常(chang)低(di)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)。它(ta)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)參(can)照(zhao)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)相(xiang)位(wei)檢(jian)測(ce)器(qi)來(lai)測(ce)量(liang)時(shi)鍾(zhong)或(huo)緩(huan)衝(chong)輸(shu)出(chu)的(de)單(dan)邊(bian)帶(dai)（SSB）相xiang位wei噪zao聲sheng特te性xing。該gai測ce試shi裝zhuang置zhi的de設she計ji不bu僅jin始shi於yu高gao精jing度du信xin源yuan，同tong時shi也ye采cai用yong一yi個ge獨du特te結jie構gou，可ke以yi抵di消xiao掉diao許xu多duo內nei部bu錯cuo誤wu，這zhe些xie錯cuo誤wu因yin而er就jiu不bu會hui影ying響xiang到dao被bei測ce器qi件jian上shang的de最zui終zhong數shu據ju。

沒mei有you任ren何he一yi個ge單dan一yi的de數shu字zi可ke以yi簡jian單dan地di彙hui總zong所suo有you應ying用yong中zhong的de抖dou動dong。哪na些xie指zhi標biao對dui於yu給gei定ding的de設she計ji是shi最zui相xiang關guan的de，並bing且qie這zhe些xie是shi如ru何he由you時shi鍾zhong組zu件jian供gong應ying商shang測ce量liang得de出chu，了le解jie這zhe些xie對dui於yu在zai特te定ding情qing況kuang下xia作zuo出chu最zui佳jia選xuan擇ze非fei常chang關guan鍵jian。這zhe將jiang使shi設she計ji人ren員yuan在zai考kao慮lv設she計ji優you先xian性xing和he製zhi約yue性xing的de情qing況kuang下xia正zheng確que理li解jie數shu據ju表biao的de參can數shu。

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