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在當(dāng)今世界上，大多數(shù)高度集成系統(tǒng)所執(zhí)行的功能均不止一項(xiàng)，而且專為與其他系統(tǒng)和外設(shè)對(duì)接而設(shè)計(jì)。此外，還常常對(duì)同一個(gè)硬件進(jìn)行再配置以滿足不同地區(qū)或最終用戶的需要，從而減少設(shè)備制造商的庫(kù)存開銷金額。普通的最終用戶并不知道此類系統(tǒng)核心部分所發(fā)生的變化，包括負(fù)責(zé)控制終端設(shè)備功能的集成電路 (IC) 的操作模式。在本篇博客中，我將討論時(shí)鐘和定時(shí) IC 的一項(xiàng)重要特性，就是為高度集成系統(tǒng)提供“心跳”或基準(zhǔn)頻率。我喜歡把這項(xiàng)特性稱為“引腳可選的特質(zhì)”(pin selectable personality)。簡(jiǎn)而言之，引腳可選的特質(zhì)是器件根據(jù)其外部控制引腳的狀態(tài)接納不同配置（特質(zhì)）的能力。

在探究針對(duì)這些引腳可選特質(zhì)的潛在情形之前，我們來(lái)回顧一下能夠在計(jì)時(shí)器件中存儲(chǔ)上電復(fù)位 (POR) 配置的不同方法。采用外部控制引腳選擇的器件配置通常存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器 (NVM) 中。最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器選項(xiàng)是掩模只讀存儲(chǔ)器 (ROM)，它是一種其存儲(chǔ)內(nèi)容在集成電路 (IC) 制造過(guò)程中進(jìn)行硬編碼的 ROM。雖然掩模 ROM 的主要優(yōu)點(diǎn)是其可實(shí)現(xiàn)低成本的單位存儲(chǔ)，但其一次性掩模成本卻很高。生成用以支持一種新配置的掩模 ROM 需要進(jìn)行 IC 再設(shè)計(jì)、制造、裝配和測(cè)試，而且常常不是一個(gè)快速過(guò)程。面對(duì)不斷發(fā)展變化的系統(tǒng)要求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期必需加快。

第二種選項(xiàng)是一次性可編程 (OTP) NVM，其在 IC 制造之后僅進(jìn)行一次編程（通過(guò)在每個(gè)比特?zé)龜嗳劢z來(lái)完成）。與前文討論的掩模 ROM NVM 相比，配置這種形式的 NVM 常常較快。顧名思義，OTP NVM 只能進(jìn)行一次寫操作。系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)期間的這一局限性有可能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度產(chǎn)生負(fù)面影響。

針對(duì)這些問(wèn)題的一種精致解決方案以非易失性電可擦可編程 ROM (EEPROM) 的形式存在，它為在設(shè)計(jì)周期的原型設(shè)計(jì)階段快速試用不同配置提供了靈活性。EEPROM NVM 使計(jì)時(shí)器件能夠靈活地接納不同的引腳可選特質(zhì)。

圖 1 突出顯示了采用具集成型 EEPROM NVM 之計(jì)時(shí)解決方案的五項(xiàng)最重要的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)。

圖1：具集成型EEPROM NVM之計(jì)時(shí)解決方案的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)

下面，我將一一闡述圖 1 中所示的這五項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

1.利用多種時(shí)鐘方案以最大限度地縮減系統(tǒng)物料清單(BOM)：在我和硬件設(shè)計(jì)人員的幾次交談中，他們表達(dá)了這樣一個(gè)愿望，即盡量減少?gòu)挠?jì)時(shí)器件供應(yīng)商那里索取的 IC（供他們進(jìn)行選擇以證實(shí)具備在其系統(tǒng)中使用的品質(zhì)）數(shù)量。

除此之外，他們各自公司內(nèi)部的不同產(chǎn)品線還具有各種各樣的計(jì)時(shí)要求（取決于終端設(shè)備）。計(jì)時(shí)器件提供了多個(gè)集成的 EEPROM NVM 頁(yè)面，這些頁(yè)面存儲(chǔ)了可容易地通過(guò)控制引腳搭接進(jìn)行訪問(wèn)的獨(dú)特配置，有助于極大地削減系統(tǒng) BOM 并最大限度地縮短 IC 鑒定時(shí)間。

管理針對(duì)產(chǎn)品變種的要求：您的系統(tǒng)可能具有不同的操作模式。例如：在一種模式中，也許必需啟用通常被停用的處理器組以應(yīng)對(duì)激增的數(shù)據(jù)處理需求。在另一種模式中，或許需要關(guān)斷邏輯電路以盡量降低總體系統(tǒng)功耗。計(jì)時(shí)器件必須適應(yīng)這些操作模式及其配置（它們是不同 EEPROM 頁(yè)面能夠存儲(chǔ)的）。

滿足多種協(xié)議/平臺(tái)的需要：在廣播和專業(yè)視頻應(yīng)用中，針對(duì)諸如串行數(shù)字接口 (SDI)、高分辨率多媒體接口 (HDMI) 和 DisplayPort 等各種不同視頻標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)時(shí)要求會(huì)有明顯的差別。地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了視頻基準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率（對(duì)于基于逐行倒相 [PAL] 或美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì) [NTSC] 制式的系統(tǒng)分別為 148.5 MHz 或 148.5/1.001 MHz）。特定于地區(qū)的頻率計(jì)劃可存儲(chǔ)在獨(dú)特的 EEPROM 頁(yè)面中，從而使得一款計(jì)時(shí) IC 能夠同時(shí)滿足多種平臺(tái)及協(xié)議的需要。

簡(jiǎn)化系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)：頻率和 / 或抖動(dòng)裕度調(diào)節(jié)是在系統(tǒng)開發(fā)周期的工程驗(yàn)證測(cè)試 / 設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試 (EVT/DVT) 階段中測(cè)試系統(tǒng)堅(jiān)固性和相符性的常用方法。在頻率裕度調(diào)節(jié)的場(chǎng)合中，采用一種迭代過(guò)程對(duì)系統(tǒng)開始發(fā)生故障時(shí)的頻率進(jìn)行測(cè)量。計(jì)時(shí)器件上的 EEPROM 頁(yè)面能夠存儲(chǔ)標(biāo)稱頻率的頻率變種（偏離標(biāo)稱值的范圍從幾 Hz 至幾 MHz），其可通過(guò)控制引腳來(lái)選擇。擁有必要的連接程序以在計(jì)時(shí)器件中執(zhí)行頻率裕度調(diào)節(jié)測(cè)試，可幫助簡(jiǎn)化原型設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

確保您的系統(tǒng)適用于未來(lái)：未用的 EEPROM 頁(yè)面可用作未來(lái)配置的預(yù)留位置。當(dāng)該是升級(jí)系統(tǒng)的時(shí)候，您不必為鑒定一款新的計(jì)時(shí)器件而犯愁。

現(xiàn)在，我們來(lái)考察一種實(shí)際應(yīng)用情形，一款具集成型 EEPROM NVM 的時(shí)鐘發(fā)生器 IC 可在此場(chǎng)合中提供上文著重闡述的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

表 1 列出了針對(duì) LMK03328 超高性能時(shí)鐘發(fā)生器的一種 EEPROM 配置方案。如該表所示，計(jì)時(shí)器件上的引腳搭接 GPIO2 和 GPIO3 引腳能夠選擇特定于地區(qū)的視頻頻率、中央處理單元 (CPU) 和以太網(wǎng)時(shí)鐘。另外，該表還突出顯示了可對(duì) CPU 時(shí)鐘頻率進(jìn)行 ±5% 裕度調(diào)節(jié)的配置。

表1：采用LMK03328的引腳可選時(shí)鐘配置

我希望自己激發(fā)了大家對(duì)于具有掩模 ROM 和集成型 EEPROM NVM、并提供了成本效益和靈活性的計(jì)時(shí)器件的一些好奇心。我最喜歡的高性能時(shí)鐘發(fā)生器是 LMK03328。其他受歡迎的選擇是 CDCM6208 和 CDCE949。

審核編輯：何安