由于對較小外形尺寸的需求不斷增加,系統設計人員面臨與基準時鐘抖動相關的基本挑戰:隨著基準振蕩器內部石英晶振尺寸的減小,保持出色均方根抖動性能的能力變得具有挑戰性.隨著對整體系統尺寸和功能的不斷要求,設計人員正在尋找能夠在小尺寸和抖動性能方面滿足最佳收斂的基準時鐘.
基于鎖相環的解決方案
從一開始,Abracon公司就一直專注于始終如一地實現這種收斂,并以微型外形生產超低均方根抖動時鐘解決方案.2018年,Abracon公司在其ClearClockTM系列下推出了兩種解決方案,AX5和AX7設備,分別采用5032晶振和AX7毫米封裝.這些器件基于復雜的鎖相環技術,如圖1所示,產生出色的均方根抖動性能——載波頻率在12千赫至20兆赫范圍內通常優于150飛秒.

圖1:基于鎖相環的AX5和AX7系列架構

在上述鎖相環方法中,采用了一些技術來改善有源晶振相位噪聲檢測器基底的限制,使得相位噪聲斜率在遠離載波的地方有所改善.AX5和AX7設備經過優化,可滿足50兆赫茲至2.1千兆赫茲載波頻率之間的市場需求.這些設備可以在Abracon的生產設備上配置為先前指定范圍內的任何所需頻率.AX5和AX7解決方案能夠提供業界領先的頻率上限,非常適合需要200MHz以上時鐘基準電壓的應用.
非鎖相環解決方案
然而,Abracon晶振公司進一步認識到,與AX5和AX7設備相比,用戶對100兆赫茲和156.25兆赫茲載波頻率的需求越來越大.這些要求通常以PCIExpress(PCIe),光收發器,存儲和網絡客戶群為中心.
作為回應,Abracon開發了一種在小型封裝中具有出色抖動性能的解決方案.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時鐘.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.憑借對市場需求的全面了解,Abracon在AX3系列超低抖動時鐘中開發了(12)個獨特的載波頻率,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AX3系列架構

AX3性能的秘密在于它的簡單性.仔細設計第三泛音晶體毛坯,并適當捕獲所需載波信號,確保目標載波具有出色的均方根抖動性能.
如圖2所示,AX3架構不采用典型的鎖相環方法,因此沒有"上變頻"簡單地說,所產生的信號沒有分數或整數乘法,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一的相關性.不采用小數乘法簡化了設計,并在3.2x2.5x1.0mm小型封裝中提供了最佳抖動.
Abracon晶振將AX3系列的性能與主要競爭對手在相同封裝尺寸下的解決方案進行了比較.如圖3所示,AX3在156.25MHz載波下的均方根抖動性能比主要競爭對手平均高出68%.
不是我認為,競爭對手的解決方案基于倒置臺面晶體技術,不采用AX3家族的第三泛音晶體架構.此外,競爭對手設備內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帶寬(12千赫至20兆赫)上的均方根抖動性能.

圖3:Abracon公司AX3系列性能與頂級競爭對手的對比

為了確保在20年的產品壽命內符合50ppm的全包頻率穩定性,亞伯拉罕優化了第三泛音晶振,并對其進行了調節,使其在-20℃至+70℃時達到15ppm的穩定性,在-40℃至+85℃時達到25ppm的穩定性,如圖4所示.
在20年的產品壽命中,通過回流焊,頻率拉推和老化進行設置容差轉換,這種優化可確保AX3系列器件在20年的產品壽命中保持在所需的50ppm全包邊界條件內.

圖4:AX3在-20℃至+70℃時的穩定性為15ppm,在-40℃至+85℃時的穩定性為25ppm

系統設計師需要創新的時鐘解決方案,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性能的理想會聚.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爭對手.
最后,為了確保設計團體和大規模生產需求的快速可用性,Abracon的AX3有源晶振時鐘振蕩器在大多數開發頻率下將從2019年8月開始通過公司的全球分銷網絡提供.

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超低均方根抖動有源晶振時鐘解決方案

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