环境压力条件下高精度MEMS TCXO同步系统性能优势

2024-02-01 14:37:03 9 0 0

随着数字通信系统的引入,同步成为电信系统的关键机制之一,并在技术发展和网络需求适应的过程中不断发展。随着数据流量的大幅增长,时分多路复用(TDM)网络向分组网络、特别是以太网网络的迁移成为趋势。这种变化虽然为处理快速增长的数据负载提供了经济有效的方法,但以太网本质上是异步的,导致某些网络服务需要某种形式的同步。

同步以太网(同步)是为了在分组网络中通过物理层频率同步实现同步而开发的标准之一。同步需要硬件支持整个频率同步传输路径。另一个标准是 IEEE 1588 定义的精确时间协议(PTP),可以通过任何分组网络实现频率、相位和时间同步。承载 PTP 定时不需要包网络的硬件支持,但是使用 PTP 感知设备(如透明时钟和边界时钟)可能需要实现所需的同步精度。无论环境如何,本地振荡器对恢复时钟或时间质量至关重要。SiTime的MEMS Super-TCXO在恶劣和动态条件下相比传统石英 TCXO具有显著优势。


环境压力下的系统性能

MEMS振荡器数据手册规定了在理想操作条件下的性能规格,这些条件包括受控的静止空气环境、无气流温度瞬变、无振动以及稳定的电源电压。然而,在实际应用中,这些理想条件并不总是能够实现。一旦受到这些环境压力源的影响,TCXO的性能变得未知。为缓解性能风险,常见的策略是消除这些压力源。

一些常见的技术包括:

  • 在 TCXO 上的电路板上安装一个小塑料罩,以隔离外部气流。

  • 将 TCXO 放置在远离产生热瞬变的大功率 ic 和远离冷却风扇的位置。

  • 仔细设计 TCXO 电源,其中可能包括使用高质量的专用 LDO。

尽管被视为精密石英TCXO的出色设计实践,但这些技术确实加大了设计的难度,带来了诸多限制,并提高了成本。在某些情况下,应用程序的限制使得消除环境压力源变得困难或根本不可能。例如,小尺寸可插拔(SFP)模块因其尺寸和功率限制,使得振荡器不得不被放置在一个狭小且热度高的环境中,我们无法对温度瞬变进行控制。另一个实例是设备必须安装在如铁路轨道旁的电线杆等振动源附近。为了更好地解决这一问题,采用对环境压力源不敏感的振荡器是最佳方案。这样的振荡器无论运行条件如何,都能保持稳定的性能,从而降低性能下降的风险,简化系统设计,并节约成本。


MEMS Super-TCXO 架构

SiTime MEMS super - tcxo 被设计成不受常见环境应力的影响,如气流和温度瞬变、冲击和振动、电源电压变化和输出负载变化。

图 1 显示了精密 MEMS Super-TCXO 框图。该器件的核心是 DualMEMS®架构。两个具有不同温度特性的 MEMS 谐振器位于同一硅片上,确保了两个谐振器之间几乎完美的热耦合。其中一个谐振器用作产生输出时钟信号的分数阶 PLL 的频率参考,另一个谐振器用作温度传感器。PLL 的设计提供了优异的性能:

   •优于 0.1 ppb 分辨率(输出端无频率阶跃)

   •高频低相位噪声

   •优异的杂散性能













该器件采用复杂的多电平稳压器架构,可用于多种用途:

•大大降低了对外部电源变化和电源噪声的灵敏度

•解耦内部电源域,以消除输出杂散









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