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Takterzeugung Wie sich mehrere unterschiedliche Takte erzeugen lassen

| Autor / Redakteur: Dean Banerjee * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Mit Taktverteilern lassen sich mehrere Takte erzeugen, wobei Schaltungen mit einem oder mehreren Bausteinen möglich sind. Wir verraten Ihnen, worauf es bei der Auswahl der richtigen Lösung ankommt.

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Auf den richtigen Takt kommt es an: Mit Taktverteilern lassen sich mehrere Takte mit unterschiedlichen Frequenzen und Formaten erzeugen.
Auf den richtigen Takt kommt es an: Mit Taktverteilern lassen sich mehrere Takte mit unterschiedlichen Frequenzen und Formaten erzeugen.
(Bild: D. Braun/pixelio.de)

Taktverteiler (Taktbäume) bestehen meist aus mehreren Bausteinen und werden benutzt, um mehrere Takte mit unterschiedlichen Frequenzen und Formaten zu erzeugen. In vielen Fällen reicht ein einziger Baustein zum Generieren aller benötigten Takte. Dies ist zweifellos die beste Lösung. Es gibt jedoch Fälle, in denen ein Baustein nicht ausreichen würde oder zumindest nicht die optimale Lösung wäre. Im folgenden Beitrag werden einige der Überlegungen betrachtet, die bei der Entscheidung zwischen Lösungen mit einem oder mehreren Bausteinen eine Rolle spielen.

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Synchronisation mehrerer herabdividierter Ausgänge

Wird eine Frequenz durch mehrere unsynchronisierte Teiler herabdividiert (Bild 1), besteht keine eindeutige Phasenbeziehung zwischen den verschiedenen Ausgängen. Im vorliegenden Fall gibt es vier mögliche Phasenlagen, und es ist ein Versatz von 0, ¼, ½, oder ¾ Zyklen möglich.

Gelegentlich lassen sich die Frequenzen so wählen, dass dieses Problem vermieden wird. In anderen Fällen aber wird ein Synchronisationsimpuls benötigt, der von den steigenden Flanken des Eingangstakts abgeleitet wird. Erzeugen lässt sich dieser Impuls mit dem SYSREF-Ausgang eines JESD204B-Taktbausteins oder dem Komplement eines Ausgangstakts.

Kaskadierung des Phasenrauschens

Werden zwei Bausteine miteinander verbunden, schlägt das Phasenrauschen abhängig davon, um welche Art von Bausteinen es sich handelt und wie sie verbunden sind, von einem Bauelement zum anderen durch. Werden Puffer als Treiber für Puffer benutzt, addiert sich das Eigenrauschen beider Chips. Aus diesem Grund ist es häufig sinnvoll, Puffer nicht hintereinander- sondern parallelzuschalten. Häufig nutzt man Puffer auch, um einen Taktgenerator durch zusätzliche Ausgänge zu ergänzen. In der Regel führt das Hinzufügen eines Puffers zu mehr Eigenrauschen, während sich der Jitter nur geringfügig verschlechtert (Bild 2).

Stromaufnahme, Jitter und Kosten

Hervorragend illustrieren lassen sich die Abwägungen anhand des gedachten Falls, dass aus einem Eingangstakt von 25 MHz zehn LVDS-Ausgänge mit 625 MHz generiert werden sollen. Der TI Clock Architect schlägt hierfür die in Bild 3 gezeigten Lösungen vor. In Bild 4 sind die ersten drei Lösungen genauer zu sehen, wobei die Simulationsfähigkeiten des Tools komplett genutzt werden.

Vergleicht man diese Lösungen, so stellt man fest, dass die erste in Bezug auf die Kosten optimal ist, während die zweite hinsichtlich der Stromaufnahme und die dritte bezüglich des Jitters vorn liegt. Der günstige Preis des CDCM61001 drückt die Lösungskosten nach unten. Das günstige PLL-Rauschen des LMK03806B sorgt für einen geringen Jitter, und die niedrige Stromaufnahme der LMX2531-Lösung resultiert aus dem geringen Strombedarf der PLL-Stufe und der Tatsache, dass nur ein Teiler verwendet wird.

Übersprechen und Routing-Aspekte

Das Übersprechen kann zu einem wichtigen Aspekt werden, wenn ein Baustein mehrere Frequenzen erzeugt. Sollte eine Anwendung nach sehr geringem Übersprechen verlangen, kann es deshalb sinnvoll sein, den Frequenzteiler außerhalb des Hauptchips zu platzieren (Bild 5 a) anstatt eine Single-Chip-Lösung zu wählen (Bild 5 b).

Gelegentlich ist die Verwendung mehrere Bausteine auch mit Blick auf das Routing angezeigt – so zum Beispiel, wenn die 1250-MHz-Takte auf einer Seite der Leiterplatte und die 312,5-MHz-Takte auf der anderen Seite verlaufen.

Dieser Beitrag widmete sich der Frage, wie sich Taktverteiler, die aus mehreren Bausteinen zusammengesetzt sind, von Single-Chip-Lösungen unterscheiden. Mit dem neuen TI Clock Architect steht ein nützliches Tool zur Verfügung, mit dem sich die verschiedenen Möglichkeiten ausloten lassen, um eigene Vergleiche anzustellen.

* Dean Banerjee ist Applications Engineer in der Signal and Data Path Solutions Business Unit bei Texas Instruments.

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