进入到21世纪之后,开户了全民通信的时代,无论相隔多遥远都可以听到对方的声音,隔着屏幕见到对方的容貌,这一切得益于高速发展的通信技术,以及数据传送输出的速度.现在的通信不单单只是说实现个人与个人的沟通联系,还包括船舶呼救,近/远距离对讲,但无论是哪一个模块,都需要应用石英晶振这种频率元器件,它是时钟系统里不可缺少的元件,通常应用到通信产品身上的晶振不止一种,谐振器和晶体振荡器都有用到.市场上可以应用到通信模块的石英晶体振荡器和晶体非常多,如何正确的应用,解决通信系统选择振荡器?答案就在这篇文章里.

随着通信和数据中心应用向更高数据速率过渡以支持快速增长的互联网流量需求,SerDes参考时钟性能变得越来越重要.如果参考时钟抖动太高,则会导致不可接受的高系统误码率(BER),流量丢失或系统通信丢失.此外,56GPAM4PHY,100G/200G/400G以太网和100G/400GOTN需要多种频率组合,进一步增加了时序复杂性.高性能石英晶体振荡器提供任意频率合成,80fsRMS的超低抖动,并提供标准的小型振荡器封装.通过提供同类最佳的抖动余量和频率灵活性, Ultra系列使硬件设计人员可以轻松地进行设计,降低产品开发风险.

图1.高速通信和数据中心时序要求

*注:直接从参考时钟或发射器眼图闭合规范计算预算闭眼50/50确定性/均方根和33％/67％时钟/发射机每个原始(FEC前)BER要求.

Ultra系列DSPLL架构

图2.Ultra系列DSPLL架构

图2提供了新Ultra系列第4代DSPLL架构的高级概述.与需要复杂批量制造工艺和不同频率的不同晶体的传统振荡器方法不同,Si54x架构结合了简单,高质量的固定频率晶振和的最新一代DSPLL,可产生任何频率.在输出测试期间,设备被编程并定制为目标频率.使用这种创新方法,Si54x可以轻松定制,以满足每个客户的独特要求.Si54xUltra系列支持200kHz至1.5GHz的任何频率,使单个产品系列能够轻松支持标准和定制频率应用.采用业界领先的55nmCMOS技术设计,第四代DSPLL利用高度数字架构提供同类最佳的频率灵活性和抖动性能.DSPLL相位检测器的输入从模拟转换为数字,使DSPLL完全在数字域中运行.这种全数字化方法具有多种优势.

首先,数字控制振荡器(DCO)可以通过小于<1ppb的步长精确控制,以跟踪参考时钟和反馈时钟之间的相位延迟.DCO增益很小,使得电路比传统模拟PLL更不易受噪声影响.其次,DSPLL支持创新的相位误差消除电路,该电路使用先进的数字信号处理来消除由于延迟,非线性和温度影响引起的PLL噪声.这些架构特性可确保器件在整个过程,电压和温度范围内的性能因此,的第四代DSPLL架构可在整个工作范围内提供超低抖动.

具有超低抖动的频率灵活性

下图显示了Ultra系列抖动性能与工作频率和温度的关系.通讯网络晶振有两种性能等级可供选择.Si545/6/7器件的相位抖动性能典型值为80fsRMS(12kHz-20MHz),而Si540/1/2器件的抖动性能典型值为125fsRMS(12kHz-20MHz).鉴于其抖动性能,Si54x可最大限度地提高抖动余量,使客户可以放心地进行设计.

图3.Si54xUltra系列XO抖动性能与频率的关系

为了进一步简化器件评估,晶体制造商提供了一个XO相位噪声查找实用程序,可用于在各种常用频率下检索振荡器的>1000个测量相位噪声图.

集成电源噪声调节

第四代DSPLL具有广泛的片上低压差稳压器网络,可提供电源噪声抑制,即使在嘈杂的系统环境中也能确保始终如一的低抖动操作.集成电源噪声调节的另一个好处是简化了电源滤波,PCB设计和布局.

图4.集成的PSNR最大限度地减少了附加抖动

多频支持

除标准单频振荡器外,还提供利用第四代DSPLL架构的双频和四频振荡器.这些器件可以用一个IC代替两个或多个分立振荡器,从而最大限度地降低了BOM成本和复杂性.多频振荡器有多种好处:

1.支持单协议的多协议SerDes

2.简化的设置/保持时间测试

3.频率裕度(例如156.25MHz+50ppm,156.25MHz,156.25MHz-50ppm)

4.简化原型设计.使用多频振荡器测试具有各种参考时钟的新型SerDes和ASIC.选择最终频率后,转换到固定的单频振荡器.

具有单电压电源的多种格式选项

Ultra系列石英振荡器具有高度灵活的输出驱动器,可在工厂定制,以支持任何常见的信号格式:LVDS,LVPECL,HCSL,CML,CMOS和双CMOS.此外,输出驱动器支持宽电源电压范围.单个Si54x器件可支持1.8V-3.3V工作,使单个器件编号可替代多个固定电压1.8V,2.5V和3.3V振荡器.

现在第5代通信协议5G网络已经开始到来了,还没普及5G网络,我国已经有团队研发更快更好的6G,未来需要更高技术,更高性能的晶体振荡器加持.现今海内外的晶振技术水平都在不断的提高,开发出许多新型的振荡器产品,还有专门为通信网络模块研发的无线通信模块晶振系列.相信再过不久,世界将再一次被科技与通信颠覆!