クロックドライバ・分配IC

クロックドライバとは？

クロックドライバは、基準となるクロック信号を受け取り、複数のICや回路へ安定して供給するための半導体デバイスです。クロックドライバICは、入力されたタイミング信号を整形・増幅し、必要に応じて複数出力への分配や周波数の変更を行います。1つのクロック源から複数の回路へ信号を送るクロック分配ICやファンアウトバッファも、代表的なデバイスです。マイコン、FPGA、通信機器、データ処理装置、産業用電子機器など、複数の回路を共通のタイミングで動作させるシステムで使われています。

クロックドライバの仕組み

クロックドライバは、発振器や外部クロック源から入力された周期信号を受け取り、内部回路で信号レベルや波形を整えて出力します。複数出力を備える製品では、1つの入力クロックを複数系統へ分配し、各回路へできるだけ小さな時間差で供給します。製品によってはクロックディバイダやPLLなどを内蔵し、入力周波数を分周・逓倍して異なる周波数のクロックを生成することもできます。

クロックドライバとクロックバッファの違い

クロックドライバとクロックバッファは機能が重なるため、製品分類によってはほぼ同じ意味で使われることがあります。クロックバッファICは、一般に入力クロックを受け取り、信号品質を維持しながら1つまたは複数の出力へ複製する機能を中心としています。

一方、クロックドライバはクロックの駆動・分配を広く表す名称として使われ、分周、逓倍、出力規格の変換などの機能を備えた製品も含まれます。そのため、選定時は名称だけでなく、必要な出力数、周波数、ジッタ、スキュー、信号規格などの仕様を確認することが重要です。

クロックドライバの種類

クロックドライバは、分配方法や周波数処理、出力方式によって複数のタイプがあります。

• クロック分配IC：1つまたは複数の入力クロックを複数の回路へ分配するタイプで、基板上の複数デバイスを共通のタイミングで動作させる用途に使われます。
• ファンアウトバッファ：1つのクロック入力から同一周波数の複数出力を生成するタイプで、多数のICへクロックを供給する場合に適しています。
• クロックディバイダ：入力されたクロック周波数を整数比などで分周し、より低い周波数のクロックを生成するタイプです。
• PLLクロックドライバ：PLLを利用してクロックの逓倍、分周、位相調整などを行い、必要な周波数のクロックを生成するタイプです。
• 差動クロックドライバ：LVDS、LVPECL、HCSLなどの差動信号を出力し、高速通信機器や高周波デジタル回路などで使われます。

クロックドライバの選び方

クロックドライバは、信号規格、出力数、周波数、タイミング精度、電源・実装条件を確認して選定します。

• 入出力信号規格：LVCMOS、LVTTL、LVDS、LVPECL、HCSLなどから、接続する発振器やプロセッサ、FPGAなどのインターフェースに合う仕様を選びます。異なる信号規格間を接続する場合は、変換機能の有無も確認します。
• 出力数：1出力、2出力、4出力、8出力、16出力以上などがあり、クロックを供給するデバイス数に合わせて選びます。ファンアウトバッファでは、出力数が基板構成や将来の拡張性にも影響します。
• 対応周波数：数MHz、数十MHz、100 MHz級、数百MHz、1 GHz以上など、使用するクロック周波数を十分にカバーする製品を選定します。通販で比較する際は、最大周波数だけでなく入力・出力ごとの対応範囲も確認します。
• ジッタとスキュー：低ジッタ、低スキュー、位相調整対応、ゼロディレイ対応、クロック同期対応などから、システムに必要なタイミング精度に合う仕様を選びます。高速通信や高精度データ変換では、特に重要な項目です。
• 電源電圧とパッケージ：1.8 V、2.5 V、3.3 V、5 V対応、QFN、TSSOP、SOIC、BGAなどがあり、基板の電源系統や実装スペースに合わせて選びます。メーカーによって販売されるクロックドライバICの機能やパッケージ、価格が異なるため、必要な仕様を整理して比較します。

クロックドライバのメーカー

クロックドライバやクロック分配ICは、タイミングICやデジタル半導体を扱う複数のメーカーから販売されています。

• Renesas Electronics：クロック生成、分配、ジッタ低減などのタイミングICを展開し、各種クロックドライバやファンアウトバッファを扱っています。
• Skywork Solutions Inc：通信・タイミング用途の半導体製品を展開し、クロック生成や分配に使うタイミングICも取り扱っています。
• Microchip：マイクロコントローラやアナログ・タイミング製品を展開し、クロックバッファICやクロック分配関連製品を扱っています。
• onsemi：アナログ・デジタル半導体を展開し、高速デジタル回路向けのクロック分配や信号駆動に使う製品を取り扱っています。
• Texas Instruments：クロック生成、バッファ、ジッタ低減などに使うタイミングICを展開し、幅広い周波数や信号規格に対応する製品を扱っています。
• 東芝：デジタルICやロジック製品を展開し、クロック信号のバッファリングや分配に使える各種半導体製品を取り扱っています。