一种满足通用和高性能应用的新时钟技术
时间：2020-04-27 05:25:55 来源：千叶帆 本文已影响人
随着时钟频率的持续增加，以及应用对越来越多不同频率的需要，传统的石英振荡器正在达到极限。IDT公司的系列硅时钟发生器正在成为低成本、通用应用及高性能数据通信、光纤网络和存储系统应用的晶振的有力替代品。
石英振荡器技术的基本原理之一是石英越薄，频率越高。因此，晶振厂商通过减少产品中石英晶体的厚度，以一定角度进行切割(AT或XT切割)，或者采用MESA架构来满足高频需求。所有这些方法的不利方面是耗费大量劳力并因此带来高成本。这些方法也在制造工艺和产品可靠性方面的元件处理上面临着更大挑战。一种解决方案是采用谐波晶振，在一次谐波的倍频上震荡。虽然谐波晶振可能有助于实现更高的频率，但是在设计过程中需要加倍小心“机械”晶振所无法无法克服的低可靠性问题。
更为稳妥的做法是用IDT硅时钟发生器替代传统的晶振。IDT产品系列包括低成本、低功耗、通用器件时钟发生器和驱动器，可广泛用于成本敏感的应用，如机顶盒、数字电视、DVD刻录机、多功能打印机及其他消费电子产品。新型亚皮秒抖动性能的FemtoClockTM系列产品的使用对象是高速通信应用。
硅时钟发生器在生产和测试过程中也具有重要优势，IDT产品线包括各种具备频率裕度调节能力的片上可编程时钟发生器。当时钟频率增加时，这些器件可测试系统的稳定性，以确保系统有足够的裕量来保证可靠运行。与晶振相比，硅解决方案可显著缩短交货时间。IDT产品的一般交货时间为6周，而晶振则为10至12周。
定制时钟减小占板空间，降低成本
低成本IDT时钟器件可以在两方面降低成本。首先，硅时钟发生器每个输出频率的单位成本要比晶振低，硅时钟的灵活性和可编程性可减少元件总数。其次，包括IDT的制造商们在设计和开发定制时钟解决方案时可提供快速转换时间，以进一步减少量产应用的系统成本。
考虑一个有11个晶振，1个电压控制晶振(VCXO)、零延迟缓冲器和1个音频时钟(见图1a)的机顶盒应用。用IDT解决方案替代这种传统配置只需要1个集成时钟合成器、1个晶振和1个VCXO(见图1b)。这就将整体元件数由14个减少到了3个，从而元件成本也由5美元降至2美元。
除了节约成本，硅时钟也可节省占板空间并提高可靠性。一个晶振和8引脚MSOP振荡器替代品的面积总和与5mm 7mm表面贴装振荡器的面积相似，而硅时钟在功能方面的增加意味着这些器件可取代多个振荡器。
驱动多频率和电压
IDT时钟器件上可选倍频器使其可在相同的电路中、在1．2V到3．3V的不同电源电压的条件下，驱动多个不同时钟频率输出。这些乘法器很精确，大多数器件都可以实现零ppm的合成误差。输出时钟可以是以单端LVCMOS／LVTTL或差分PECL／LVPECL／LVDS电平。包括为PCIExpress而优化的HCSL输出的一些器件具有降低EMI的展频能力。
提高可能性，降低生产成本
硅时钟的灵活性和可编程意味着一个标准可编程IDT时钟器件可应用于各种应用，从而减少库存情况并克服传统晶振的交货时间问题。
IDT时钟产品集成了这些特征，不仅可降低制造成本，而且可以提高终端产品可靠性。频率可调性可以支持生产测试阶段的频率裕度调节，从而大幅度减少现场失效并通过超频获得更高的性能。标准表面贴装SOIC、TSSOP、QSOP、TSOT-23和QFN封装使这些振荡器替代品可避免晶振所需的手工焊接。
高速应用的低抖动FemtoClocks
IDT消费时钟系列可以混合并匹配锁相环以满足所有消费时钟需求，新型FemtoClock系列产品可实现高速数据传输应用中的超低相位噪声性能。IDT FemtoClock产品是业界首批具有亚皮秒抖动性能的产品，可用于电信、光纤网络及存储应用。除了时钟合成外，IDT也提供可消除背板时钟噪声的抖动衰减器元件。
除了对IDT时钟产品线现有的卓越抖动性能的进一步改善外，IDT FemtoClock器件可提供500至900飞秒的典型的确定性抖动性能(见图2)，这是任何其他硅时钟都无法相比的，也是对SAW滤波器性能的一个显著改善。这些产品支持1、2和4Gb光纤通道，以及1、10和12Gb以太网、串行ATA、SONET、SDH和XAUI等网络标准。
IDT FemtoClock元件可接收来自高达35MHz的标准低成本晶体的输入或外部时钟参考。单输出型号采用节省空间的3mm 3mm 8引线TSSOP封装，而双输出和四输出型号分别采用20和24脚的TSSOP封装。一个IDT FemtoClock器件可以替代4个较高成本的高频振荡器。
评估工具
为了帮助工程师评估系统中FemtoClocks的性能，IDT开发了小型晶振替代品(COR)演示板，可直接安装在现有的面积为5mm 7mm的标准LVCMOS／TTL振荡器位置上。电路图显示了8脚TSSOP IDT FemtoClock产品可被用来在同一标准面积下去替代分立式晶体。
结语
采用硅时钟发生或分发作为传统振荡器的替代品好处包括了增强的功能性、灵活性、可靠性及实用性，以及所有消费品和高速率数据传输应用中降低的单位成本和占板空间。比晶振更小更便宜的单个IDT器件可以不同频率和电压驱动多个输出。消费时钟产品系列包括具有频率高达250MHz的9个输出、并且一个或多个输出可以工作在1．2V至3．3V之间。产品还有单端和差分版本，以及针对时钟分发的扇出缓冲器和零延迟缓冲器。最新的IDT FemtoClock系列产品的抖动性能首次突破了1皮秒的障碍，为电信、光纤网络和存储应用带来了硅时钟的便利。
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