FPGA周辺設計における、リファレンスデザイン/クロックの重要性とは？

FPGA選定後、クロック等の周辺部品の設計を進める中で、

「リファレンスデザインには載っているけど…コスト重視でより廉価なデバイスを使わなければ…」
と独自に選定を進めた結果、下記のような経験はありませんか？

・FPGAが要求するジッタ性能(例: 位相ノイズ)を満たさなかった

・予期せぬ動作不良が発生した

・解決のためにクロック製品を再検討/変更し、基板改版の余計な費用/工数が掛かってしまった

 
こうした問題は、クロック周りの部品選定における低ジッタな製品を選定したり、

動作確認済のリファレンスデザインを採用したりすることによって、リスクを減らすことができます。
　

スカイワークス社のクロック製品は、独自のDigital PLLや分数分周器の技術を用いて、他社にはないレベルの低ジッタ性能を実現しています。

その低ジッタが主な要因となり、インテル社をはじめとした多くのFPGA/SoCベンダーとのリファレンスデザインを締結しています。

本記事では、最も豊富なリファレンスデザインがあるインテル社を例として、

各開発キットに搭載されているスカイワークス社のクロック製品を、クロックツリーを含めて掲載しています。

クロック製品を選定する上での参考情報としてぜひご活用ください。

インテル社 リファレンスデザイン一覧

スカイワークス社のクロック製品は、インテル社FPGAの開発キットに、リファレンスデザインとして数多く搭載されております。

具体的には以下スライドの通り、最新かつ最もハイエンド向けのIntel Agilex®から、比較的ローエンド向けのCyclone®までの幅広い製品シリーズに対して、

スカイワークス社の4つのタイミング製品群(水晶発振器、クロックジェネレータ、クロックバッファ、ジッタアッテネータ)が搭載されております。

インテル社 FPGA 開発キットのご紹介

Intel Agilex® I-Series FPGA 開発キット

下図は、Intel Agilex® I-Series FPGA 開発キットの評価ボードと搭載されているスカイワークス社クロック製品のブロック図です。

〇こちらの開発キットは以下をサポートしています。

　・PCIe Gen 5.0

　・Compute Express Link(CXL)v1.1

　・400G Ethernet connectivity

〇High-Speed インターフェース

　・R-Tile:PCIe 5.0x16,edge fingers &MCIO

　・F-Tile:2x QSFPDD, 2x 28/56G

〇Skyworks社クロック製品として

　・Si5391 （クロックジェネレータ）

　・Si52204　（PCIe クロックジェネレータ）

　・Si510　（水晶発振器）　の3点が搭載されています。

中でもSi5391は低ジッタに優れたクロックジェネレータです。

他のFPGA開発キットに搭載されているクロックは？

上述したIntel Agilex® I-Series FPGA開発キットは、あくまで一例であり、その他にも多数(20枚以上)のIntel社FPGA開発キットに搭載されています。

そこで、Intel Agilex®以外にもStratix® 10 DXなど、
搭載されているすべてのクロック製品の型番とクロックツリー（ブロック図）の情報を、1つの資料にまとめました。

資料をご希望の方は、以下の【資料ダウンロードはこちら】からお申込みください。

*これらの情報は取得時点の各メーカー情報に基づいた、Skyworks社の推定によるものです。あくまでお客様側でご評価のうえ適用可否をご判断ください。

* 情報は予告なく変更される可能性があります。当社は情報の正確性に関して一切の保証をしません。

スカイワークス社クロック製品について

Si5391が持つジッタパフォーマンス

先述の通り、スカイワークス社クロック製品は低ジッタが強みとなっています。

Si5391はIntel Agilex® FPGAに搭載される実績がある他、

スカイワークス社クロックジェネレータの中でも随一の低ジッタを誇ります。

右図はSi5391の位相ノイズ測定結果です。

縦軸は位相ノイズを表し、横軸はオフセット周波数を表します。

各オフセット周波数における位相ノイズ成分が図中で[dBc/Hz]として表され、

12kHz~20MHzの範囲における位相ノイズを積分したものがRMS Jitterとなり

その値は 65 fs RMS になります。

(※測定条件は、3.3V LVPECL 156.25MHz出力、BW:12kHz~20MHz時）

Si5391のデータシートはこちらからご確認ください。

Si5341が持つジッタパフォーマンス

Si5341はSi5391とのハードピンコンパチ品です。

1世代前のデバイスにはなりますが、ジッタパフォーマンスは劣らず

Intelの評価ボードに数多く搭載されています。

FPGAをきっかけに現在もお問合せを頂くことが多く、実績のあるデバイスです。

右図はSi5341の位相ノイズ測定結果です。

(※測定条件は、2.5V LVDS 625MHz出力、BW:12kHz~20MHz時)

Si5341のデータシートはこちらからご確認ください。

スカイワークス社クロック製品群一覧

下の図はスカイワークス社クロック製品群一覧です。

横軸に示しますは、左から順に水晶発振器、クロックジェネレータ、ジッタアッテネータ(ジッタクリーナ)、バッファです。

縦軸に示しますは、ジッタパフォーマンスになります。上に行くほどジッターパフォーマンスが優れ、下に行くほどお値段が廉価な製品になります。

一部右端にて、時刻同期、PCIe規格に準拠した製品も取り扱っています。