Si5351A

Si5351Aは、SiliconLaboratories社の3チャンネルクロックジェネレータです。
秋月電子で販売しているモジュールを購入して、実験を行いました。
モジュールの大きさは、10mm×10mmと小さいです。価格は500円でした。
このモジュールをArduino UNOでコントロールする実験を行いましたので、紹介します。

Si5351の内部は、下図のように、２つのPLLと３つのMultiSynth（分周器）などから構成されています。

PLLの源発振器には、25MHzの水晶が使われています。
MultiSynth0～2の分周器の後には、それぞれ1/1～1/256のポスト分周器R0～R2と出力用のドライバがあります。
これらのPLLとMultiSynth、ポスト分周器、ドライバなどを内部レジスタにより、コントロールしています。
内部レジスタ(8bit)は256個ありますが、実際に使用されているのは187番地までです。
各レジスタの設定は、I2Cによって各番地に書き込むことによって行います。
レジスタマップは、Silocon Labの説明書AN619を参照します。

まず、PLLAとMultiSynth0を使って、10MHzを発生させてみます。
PLLA=800MHzとして、MultiSynthを80とすれば、CLK0に10MHzが出力されるはずです。
PLL周波数とMultiSynth設定のための設定値とレジスタにセットするパラメータの計算式は、次の通りです。
（Floorは小数点以下切り捨ての意味）
（PLL設定用の値a,b,cと分周器設定用の値a,b,cは別なものです。）

fxtalは水晶の発振周波数で、このモジュールでは、25MHzです。
b=0,c=1とすると、a=fvco/fxtal=800/25=32となります。
a=32,b=0,c=1とすると、パラ―メータP1,P2,P3は次のような値になります。

PLLAの設定は、レジスタ26～33（MSNA）にP1,P2,P3を次のようにセットします。
（P3[15:8]は、P3のbit15～bit8を表します。）

次にMultiSynth（分周器）に80をセットするためにa=80,b=0,c=1とすると
パラメータP1,P2,P3は次のようになります。

MultiSynth0の設定は、レジスタ(MS0)42～49に次のようにセットします。

Arduino UNOからSi5351AにI2C通信でデータを送るには、Wireライブラリを使います。
Si5351AのI2Cアドレスは、0x60で、Si5351Aのデータの書き込みフォーマットは、次の通りです。

今回は、1バイト書き込みのフォーマットを使います。
１バイト書き込みのスケッチは、次のようになります。

Si5351Aに目的の周波数を発生させる手順は、次のように行います。

#include <Wire.h>//I2Cライブラリをインクルード

const byte Si5351_ADDR = 0x60;

void setup()
{
Wire.begin(); // Arduino is Master.
Si5351_write(3,0xFF); //Disable Output
Si5351_write(16,0x80); //CLOCK0 Power down
PLLA_set();
MS0_set();
Si5351_write(177,0xA0);//Reset PLLA and PLLB
Si5351_write(16,0x4F); //CLOCK0 Power up 8mA
Si5351_write(3,0xFE); //Enable CLOCK0
}

void loop()
{
}

void Si5351_write(byte Reg , byte Data)
{
　Wire.beginTransmission(Si5351_ADDR);
　Wire.write(Reg);
　Wire.write(Data);
　Wire.endTransmission();
}

void PLLA_set()
{
Si5351_write(26,0); //MSNA_P3[15:8]
Si5351_write(27,1); //MSNA_P3[7:0]
Si5351_write(28,0); //MSNA_P1[17:16]
Si5351_write(29,0b00001110); //MSNA_P1[15:8]
Si5351_write(30,0); //MSNA_P1[7:0]
Si5351_write(31,0); //MSNA_P3[19:16]MSNA_P2[19:16]
Si5351_write(32,0); //MSNA_P2[15:8]
Si5351_write(33,0); //MSNA_P2[7:0]
}

void MS0_set(){
Si5351_write(42,0); //MS0_P3[15:8]
Si5351_write(43,1); //MS0_P3[7:0]
Si5351_write(44,0); //MS0_P1[17:16]
Si5351_write(45,0b00100110); //MS0_P1[15:8]
Si5351_write(46,0); //MS0_P1[7:0]
Si5351_write(47,0); //MS0_P3[19:16]MS0_P2[19:16]
Si5351_write(48,0); //MS0_P2[15:8]
Si5351_write(49,0); //MS0_P2[7:0]
}

Arduino UNOとSi5351Aを下図のように接続します。
Si5351AのVDDとVDDOには、3.3Vを加えます。
Si5351AのI2Cバスは3.3Vなので、ARDUINO UNO(5V)の間にI2Cレベル変換モジュールPCA9306を入れました。（2017.10.16追記）
（直接Arduinoに接続しても問題は起きなかったのですが、Si5251Aの最大入力が4.1Vですので、安全のために入れました。）

Ardiono UNOとブレッドボード上のSi5351Aをジャンパー線で接続し
上記のスケッチをArduino IDE 1.6.12でコンパイル・ロードしました。
スケッチのサイズは、約2kBです。
このスケッチのままですと、やや低い周波数（-250Hz程度）が発生します。

そこで、水晶振動子の負荷容量を8pFに変更してみます。（デフォルトは、6pFです。）
負荷容量の設定は、レジスタ183のビット7とビット6で行います。
01で6pF
10で8pF
11で10pFです。
負荷容量を8pFに変更するには、Si5351_write(183,0x80);を
PLLA_set();の前に加えます。
変更した時の周波数です。（-80Hz程度）
秋月電子のモジュールでは、負荷容量は8pFに指定されています。

これで、10MHzの信号が発生していることが確認できました。
次は、任意の周波数を発生させてみます。
Si5351Aの実験その２