時(shí)脈是許多系統(tǒng)如PC、打印機(jī)、視訊轉(zhuǎn)換器、高階工件站及各種通訊產(chǎn)品的必要組件。CY22150是一款具有立即編程能力的全新可編程時(shí)脈發(fā)生器，可為各種電信、高容量?jī)?chǔ)存及多媒體應(yīng)用系統(tǒng)等領(lǐng)域，提供高頻寬、低雜訊與高精準(zhǔn)度的輸出信號(hào)，具備高度完整的客制化功能，支持6組可設(shè)定輸出，輸出頻率范圍大。本文就CY22150實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)討論，介紹了一種實(shí)際可行的接口電路。
1 CY22150器件簡(jiǎn)介
1．1 主要特點(diǎn)和引腳功能
CY22150系列器件有CY225IOFC和CY2251OFI兩款，它們的引腳排列如圖1所示，采用16引腳的TSSOP封裝。表l所列是其引腳功能。
CY22150的主要特點(diǎn)為：內(nèi)部集成一個(gè)鎖相環(huán)，能夠產(chǎn)生低偏移、低抖動(dòng)、高精確度的輸出；輸出頻率的最大值是200 MHz，參考輸入頻率可以由外部晶振產(chǎn)生，也可由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生；為易變、系統(tǒng)級(jí)、用戶化的特定頻率和選擇提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口；串行接口、可再次編程允許設(shè)計(jì)的快速更改和產(chǎn)品性能的快速提高；適用于商業(yè)、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、通信等一般性應(yīng)用，常見(jiàn)于標(biāo)準(zhǔn)和低電壓的系統(tǒng)；I2C串行接口工作在100 kHz或者400 kHz。
1．2 輸出頻率計(jì)算及寄存器設(shè)置
1．2．1 頻率計(jì)算
CY22150是一個(gè)非常靈活的時(shí)鐘發(fā)生器，由4個(gè)基本變量決定最終的輸出頻率，分別是輸入?yún)⒖碱l率(REF)，內(nèi)部分頻器P和Q，以及靈活計(jì)算頻率值的Post Divider。以下是3個(gè)可用的決定最后輸出頻率的公式：
CY22150PLL基本模塊表如圖2所示。CY22150的6個(gè)輸出時(shí)鐘中的每一個(gè)都有7種可用的選擇。6個(gè)分頻器分別為／2，／3，／4，／DIV1N，／DIV2N，其中DIV1N和DIV2N是根據(jù)實(shí)際輸出需要進(jìn)行設(shè)定的。這些分頻器的值(Post Divider)可以直接應(yīng)用于式(1)和式(2)，計(jì)算最后的時(shí)鐘頻率。第7種情況是直接輸出參考輸入頻率，即常說(shuō)的bypass通路。
1．2．2 寄存器設(shè)置
使用CY22150時(shí)，可以使用缺省的輸出，用戶也可以根據(jù)自己的實(shí)際需要設(shè)定寄存器的值。缺省狀態(tài)下，所有的Bit位都設(shè)置為0，所有的輸出都是三態(tài)，且晶振電路是活躍的。
CY22150作為服務(wù)器件使用時(shí)，其地址是69H(1101001)，內(nèi)部所有寄存器的地址和寄存器的值都是8 Bit。CY22150內(nèi)部有11個(gè)可控制的寄存器，其使用主要是這些寄存器的配置。寄存器設(shè)置參見(jiàn)文獻(xiàn)。它們分別是時(shí)鐘使能寄存器(09H)，Bank1分頻控制寄存器(0CH)，輸入晶振控制寄存器(12H)，輸入負(fù)載電容控制寄存器(13H)，電荷泵及PB計(jì)數(shù)器寄存器(40H，41H)，P0、Q計(jì)數(shù)器寄存器(42H)，交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)矩陣控制寄存器(44H，45H，46H)，Bank2分頻控制寄存器(47H)。
以下結(jié)合式(1)說(shuō)明CY22150使用中比較重要的寄存器的配置：
1)參考頻率(REF) REF可以是晶振產(chǎn)生的，也可以是外部驅(qū)動(dòng)頻率。若由晶體產(chǎn)生，REF的范圍是8～30 MHz，若為外部驅(qū)動(dòng)頻率，REF的范圍是1～133 MHz。與REF的設(shè)定相關(guān)的Bit是輸入晶振控制寄存器(12H)的4、5位，其具體設(shè)定與REF的范圍及晶振屬性有關(guān)，具體如表2和表3所示。
2)Q計(jì)數(shù)器 Q計(jì)數(shù)器的值是由PO、Q計(jì)數(shù)器寄存器(42H)的低7位確定的，Qtotal的計(jì)算由式(4)決定，其范圍是2～129。
在具體的使用中，為了保證CY22150穩(wěn)定工作，REE／Qtotal的值不可高于250 kHz。
3)P計(jì)數(shù)器 PLL的輸出頻率是由Q和P共同決定的，Ptptal由PB和PO這2個(gè)內(nèi)部變量決定，計(jì)算由式(5)決定。
PB是一個(gè)10 Bit的變量，由寄存器40H的低2位和41H的全8位決定；PO是一個(gè)1 Bit的變量，由寄存器42H的最高位決定，它的引入確保了PB是整數(shù)，當(dāng)Ptotal是奇數(shù)時(shí)，PO為1，Ptotal是偶數(shù)時(shí)，PO為0。
Ptotal的可用范圍是8～2 055，為了確保CY22150穩(wěn)定的工作，(Ptotal(REE／Qtotal))應(yīng)該在100～400 MHz之間。為了使PLL穩(wěn)定工作，Ptotal的范圍規(guī)定為16～1 023，在具體的應(yīng)用時(shí)Ptotal不同，寄存器40H的4..2設(shè)置不同，其設(shè)置與Ptotal的值有關(guān)，如表4所示。
4)時(shí)鐘輸出的設(shè)置 VC0的輸出被接到兩個(gè)多控開(kāi)關(guān)，最后的時(shí)鐘輸出由兩個(gè)分頻板決定。分頻的選擇共有以下幾種：／2，／3，／4，／DIVxN，其中DIVxN是可變的。兩個(gè)多控開(kāi)關(guān)(DIVlSRC和DIV2SRC)決定最后的輸出時(shí)鐘是由哪個(gè)分頻板得到的，DIV1SRC的控制位置為0是表示選通了Bank1，DIV2SRC的控制位置為0是表示選通了Bank2。每一個(gè)時(shí)鐘輸出都可以是7種頻率源之一，CLKSRC(2．．0)交叉開(kāi)關(guān)矩陣的設(shè)置決定最后的時(shí)鐘輸出，相應(yīng)的控制位在交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)矩陣控制寄存器(44H，45H，46H)中設(shè)定。時(shí)鐘輸出由時(shí)鐘使能寄存器(09H)的低6位決定，控制位為1，表示該輸出被選定。
2 典型應(yīng)用
2．1 硬件電路
CY22150的應(yīng)用電路如圖3所示(機(jī)頂盒電路的一部分)。該電路為XC3S1400AFG676型低成本的Spartan_3AFPGA器件，提供時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)FPGA工作的需要提供不同頻率的時(shí)鐘。CY22150輸入信號(hào)是12．5 MHz(引腳1)，輸出時(shí)鐘是LCLK1(引腳7)、LCLK2(引腳8)、LCLK3(引腳9)、LC LK4(引腳12)分別接X(jué)C3Sl400AFG676的IO_L28P_2／GCLK2(52引腳)、IO_L28N_2／GCLK3(51引腳)、IO_L27P_2／GCLKO(50引腳)、IO_L27N_2／G CLK1(49引腳)，這8個(gè)引腳的連接保證CY22150為XC3S1400AFG676提供工作時(shí)鐘。CY22150的I2C數(shù)據(jù)輸入(引腳4)接X(jué)C3S1400AFG676的IO_L29N_ 2(53引腳)，CY22150 I2C時(shí)鐘輸入(引腳15)接X(jué)C3S1400AFG676的IO_L29P_2(54引腳)，這4個(gè)引腳的連接保證電路控制數(shù)據(jù)、工作時(shí)序的一致。圖3中“×”表示該引腳沒(méi)有連接。
在該電路中，XC3S1400AFG676需用4個(gè)時(shí)鐘接口，CY22150有7個(gè)可用的時(shí)鐘輸出。采用CY22150，一個(gè)時(shí)脈發(fā)生器可提供電路需要的4個(gè)時(shí)鐘(如果采用ICD2053，只有1個(gè)時(shí)鐘輸出的時(shí)脈發(fā)生器)，這樣降低了開(kāi)發(fā)成本，縮小產(chǎn)品的體積，對(duì)一個(gè)時(shí)脈發(fā)生器控制就可同時(shí)產(chǎn)生電路所需的4種不同頻率，操作簡(jiǎn)單。在電路的設(shè)計(jì)中，保證電路穩(wěn)定工作，在接地和接電源處要接不同電容值的電容或者不同阻值的電阻來(lái)減小干擾。
2．2 軟件設(shè)計(jì)
在該應(yīng)用中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)CY22150的寫(xiě)控制。寫(xiě)控制的主要過(guò)程描述如下：產(chǎn)生開(kāi)始信號(hào)，寫(xiě)器件地址及寫(xiě)控制位，ACK響應(yīng)，寫(xiě)寄存器地址，ACK響應(yīng)，寫(xiě)寄存器的值，ACK響應(yīng)，產(chǎn)生停止信號(hào)。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。整個(gè)過(guò)程中，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)寄存器的寫(xiě)，以下程序?qū)崿F(xiàn)的是某一寄存器的寫(xiě)，其他寄存器的寫(xiě)過(guò)程與之相似。