萬能時(shí)鐘發(fā)生器板的設(shè)計(jì)

本文描述了一個(gè)精密時(shí)鐘發(fā)生器電路板的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可在一些電信或數(shù)據(jù)通信專門實(shí)驗(yàn)室測(cè)試工作中用作波形發(fā)生器。該時(shí)鐘發(fā)生器輸出一組固定頻率的時(shí)鐘，使用一個(gè)外部同步時(shí)鐘參考作為輸入。

設(shè)計(jì)的核心是U1，即ZL30407光同步網(wǎng)絡(luò)/同步數(shù)字系列(Sonet/SDH)網(wǎng)絡(luò)元件PLL(見圖1)。ZL30407將產(chǎn)生一組同步到20MHz輸入主時(shí)鐘的SONET和PDH時(shí)鐘。當(dāng)與Stratum 3或更高質(zhì)量的主時(shí)鐘耦合時(shí)，其輸出將滿足Stratum 3E漂移精度要求。

ZL30407可通過DIP開關(guān)配置為運(yùn)行于硬件模式，還可以對(duì)該器件輸出時(shí)鐘小頻率偏移進(jìn)行編程。為此，器件必須工作在軟件模式。軟件模式操作需要使用一個(gè)外部控制器，該控制器通過8位并行端口來讀和寫內(nèi)部設(shè)備寄存器。例如，ZL30407微端口接口可用于與IEEE 1284 PC打印機(jī)端口(U12)和CPLD(U13)連接，以實(shí)現(xiàn)端口接口邏輯。

一個(gè)峰峰值大約為1V的10MHz正弦同步參考輸入，通過比較器(U2)轉(zhuǎn)換成CMOS方波時(shí)鐘，然后通過時(shí)鐘倍頻器(U3)使頻率加倍。多時(shí)鐘發(fā)生器板可以通與另一塊電路板的Syncout輸出連接并作為該板的20MHz輸入，而相互同步。

ZL30406 PLL(U4)用作抖動(dòng)濾波器，以凈化選定的輸入時(shí)鐘。一個(gè)額外的時(shí)鐘緩沖器(U5)用于在本地 TCXO(Y1)和外部同步參考之間選擇一個(gè)作為主電路板時(shí)鐘。為使 ZL30406 VCO的頻率以20MHz為中心，外部電阻必須采用數(shù)據(jù)表單指導(dǎo)準(zhǔn)則中給出的阻值。

ZL30407有12個(gè)輸出時(shí)鐘，圖中電路中顯示了其中5個(gè)。CMOS 輸出包括19.44MHz、8kHz幀脈沖、2.048 MHz 和1.544 MHz輸出。輸出時(shí)鐘引腳到扇出緩沖器 (U7、U8、U9和U10)以及連接器的分配沒有特定限制，只要適合目標(biāo)應(yīng)用即可。每個(gè)時(shí)鐘均進(jìn)行了緩沖，以提供一定的扇出和到同軸連接器的電纜驅(qū)動(dòng)能力。

第二個(gè)ZL30406(U6)將C19o的一個(gè)輸出時(shí)鐘轉(zhuǎn)換為抖動(dòng)很低的差分CML輸出時(shí)鐘，可選擇四種倍頻(19.44 MHz、38.88MHz、77.76MHz和155.52MHz)。U11是一個(gè)可通過硬件配置的差分時(shí)鐘分頻器，可通過DIP開關(guān)進(jìn)行編程，以便對(duì)ZL30407芯片的155MHz LVDS輸出時(shí)鐘進(jìn)行1、2、4、8或16分頻。

每個(gè)輸出時(shí)鐘均進(jìn)行了抖動(dòng)測(cè)量，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的性能。總之，觀測(cè)到的時(shí)鐘抖動(dòng)符合ZL30407和ZL30406器件的技術(shù)規(guī)格。ZL30406輸出的RMS抖動(dòng)為2ps到8ps，這與使用12KHz～20MHz的測(cè)量帶寬在一個(gè)質(zhì)量良好的函數(shù)發(fā)生器的輸出上測(cè)得的結(jié)果相當(dāng)接近。

圖2顯示了ZL30406(U6)的155MHz CML輸出時(shí)鐘的相位噪聲圖。ZL30406 PLL環(huán)路濾波器帶寬配置為14kHz。