由于對(duì)較小外形尺寸的需求不斷增加,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨與基準(zhǔn)時(shí)鐘抖動(dòng)相關(guān)的基本挑戰(zhàn):隨著基準(zhǔn)振蕩器內(nèi)部石英晶振尺寸的減小,保持出色均方根抖動(dòng)性能的能力變得具有挑戰(zhàn)性.隨著對(duì)整體系統(tǒng)尺寸和功能的不斷要求,設(shè)計(jì)人員正在尋找能夠在小尺寸和抖動(dòng)性能方面滿足最佳收斂的基準(zhǔn)時(shí)鐘.
基于鎖相環(huán)的解決方案
從一開(kāi)始,Abracon公司就一直專(zhuān)注于始終如一地實(shí)現(xiàn)這種收斂,并以微型外形生產(chǎn)超低均方根抖動(dòng)時(shí)鐘解決方案.2018年,Abracon公司在其ClearClockTM系列下推出了兩種解決方案,AX5和AX7設(shè)備,分別采用5032晶振和AX7毫米封裝.這些器件基于復(fù)雜的鎖相環(huán)技術(shù),如圖1所示,產(chǎn)生出色的均方根抖動(dòng)性能——載波頻率在12千赫至20兆赫范圍內(nèi)通常優(yōu)于150飛秒.

圖1:基于鎖相環(huán)的AX5和AX7系列架構(gòu)

在上述鎖相環(huán)方法中,采用了一些技術(shù)來(lái)改善有源晶振相位噪聲檢測(cè)器基底的限制,使得相位噪聲斜率在遠(yuǎn)離載波的地方有所改善.AX5和AX7設(shè)備經(jīng)過(guò)優(yōu)化,可滿足50兆赫茲至2.1千兆赫茲載波頻率之間的市場(chǎng)需求.這些設(shè)備可以在Abracon的生產(chǎn)設(shè)備上配置為先前指定范圍內(nèi)的任何所需頻率.AX5和AX7解決方案能夠提供業(yè)界領(lǐng)先的頻率上限,非常適合需要200MHz以上時(shí)鐘基準(zhǔn)電壓的應(yīng)用.
非鎖相環(huán)解決方案
然而,Abracon晶振公司進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到,與AX5和AX7設(shè)備相比,用戶(hù)對(duì)100兆赫茲和156.25兆赫茲載波頻率的需求越來(lái)越大.這些要求通常以PCIExpress(PCIe),光收發(fā)器,存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)群為中心.
作為回應(yīng),Abracon開(kāi)發(fā)了一種在小型封裝中具有出色抖動(dòng)性能的解決方案.該公司最近推出了3225貼片晶振毫米封裝的AX3系列超低均方根抖動(dòng)時(shí)鐘.該系列提供LVPECL,LVDS或HCSL輸出配置.
AX3器件可以在+1.8V,+2.5V或+3.3V下偏置LVDS或HCSL輸出,在+2.5V和+3.3V下偏置LVPECL輸出配置.憑借對(duì)市場(chǎng)需求的全面了解,Abracon在AX3系列超低抖動(dòng)時(shí)鐘中開(kāi)發(fā)了(12)個(gè)獨(dú)特的載波頻率,如下所示:
100.00,114.00,114.285,120.00,122.88,125.00,135.00,148.50,150.00,155.52,156.25和200.00MHz

圖2:非鎖相環(huán)AX3系列架構(gòu)

AX3性能的秘密在于它的簡(jiǎn)單性.仔細(xì)設(shè)計(jì)第三泛音晶體毛坯,并適當(dāng)捕獲所需載波信號(hào),確保目標(biāo)載波具有出色的均方根抖動(dòng)性能.
如圖2所示,AX3架構(gòu)不采用典型的鎖相環(huán)方法,因此沒(méi)有"上變頻"簡(jiǎn)單地說(shuō),所產(chǎn)生的信號(hào)沒(méi)有分?jǐn)?shù)或整數(shù)乘法,因此,最終輸出頻率與第三泛音石英晶體的諧振頻率具有一對(duì)一的相關(guān)性.不采用小數(shù)乘法簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),并在3.2x2.5x1.0mm小型封裝中提供了最佳抖動(dòng).
Abracon晶振將AX3系列的性能與主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在相同封裝尺寸下的解決方案進(jìn)行了比較.如圖3所示,AX3在156.25MHz載波下的均方根抖動(dòng)性能比主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手平均高出68%.
不是我認(rèn)為,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的解決方案基于倒置臺(tái)面晶體技術(shù),不采用AX3家族的第三泛音晶體架構(gòu).此外,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手設(shè)備內(nèi)部的有源電路顯示出偏離載波10千赫至1千赫之間的大約-135分貝/赫的閾值.這一限制有助于降低目標(biāo)帶寬(12千赫至20兆赫)上的均方根抖動(dòng)性能.

圖3:Abracon公司AX3系列性能與頂級(jí)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的對(duì)比

為了確保在20年的產(chǎn)品壽命內(nèi)符合50ppm的全包頻率穩(wěn)定性,亞伯拉罕優(yōu)化了第三泛音晶振,并對(duì)其進(jìn)行了調(diào)節(jié),使其在-20℃至+70℃時(shí)達(dá)到15ppm的穩(wěn)定性,在-40℃至+85℃時(shí)達(dá)到25ppm的穩(wěn)定性,如圖4所示.
在20年的產(chǎn)品壽命中,通過(guò)回流焊,頻率拉推和老化進(jìn)行設(shè)置容差轉(zhuǎn)換,這種優(yōu)化可確保AX3系列器件在20年的產(chǎn)品壽命中保持在所需的50ppm全包邊界條件內(nèi).

圖4:AX3在-20℃至+70℃時(shí)的穩(wěn)定性為15ppm,在-40℃至+85℃時(shí)的穩(wěn)定性為25ppm

系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要?jiǎng)?chuàng)新的時(shí)鐘解決方案,以滿足尺寸,性能和成本限制.Abracon的ClearClockTM系列器件提供了小尺寸和卓越抖動(dòng)性能的理想會(huì)聚.尤其是AX3系列在100兆赫茲和156.25兆赫茲載波頻率上超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手.
最后,為了確保設(shè)計(jì)團(tuán)體和大規(guī)模生產(chǎn)需求的快速可用性,Abracon的AX3有源晶振時(shí)鐘振蕩器在大多數(shù)開(kāi)發(fā)頻率下將從2019年8月開(kāi)始通過(guò)公司的全球分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)提供.

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