深入讲解低抖动差分振荡器的相位噪声与抖动技术

2018-10-23 13:56:48109800


随着技术的发展,系统运行速度不断加快,这是满足现代应用需求的必然趋势。


宽带互联网用户的迅速增长以及对带宽要求日益增加的应用场景,正在对数据中心提出更高的性能要求。同时,蓬勃发展的自动驾驶汽车行业也需要更快速、可靠的车载网络。这些都是数据吞吐量需求激增的典型例子。


在这些高速系统中,精确的MEMS硅晶振起着至关重要的作用。相位噪声和抖动(其时域表现形式)是衡量振荡器性能的关键指标。相位噪声和抖动直接影响系统的整体性能,例如在串行数据系统中,它们会显著影响误码率(BER)。此外,无线通信和GPS应用对近距离相位噪声(<10 kHz偏移)有严格的要求,而串行通信应用则需要关注均方根(RMS)相位抖动的规格。


注1:SONET不分离DJ(确定性抖动)和RJ(随机抖动)。假设所有抖动都是RJ。


该表显示了几种高速串行数据通信协议及其线路速率和典型的参考时钟频率。还显示了SiTime MEMS振荡器的系统抖动预算和集成相位抖动,超出了标准的集成范围。这些系统抖动预算编号和集成范围基于管理标准,例如IEEE 802.3 for Ethernet。控制标准中规定的参考时钟抖动通常是一个指导原则。根据经验,时钟分配为系统总抖动预算的1/3到1/5。但是,交换机/ PHY芯片供应商设置了时钟抖动的最终参数。


SiTime MEMS振荡器的抖动性能在过去十年中有了显着改善,实现了稳健的MEMS硅晶振解决方案,可在抖动预算内提供充足的扩展空间。例如,100GbE(如上表所示)的实现是4个通道或25.78125 Gb /s的数据传输通道,总带宽为103.125 Gb /s。系统抖动预算为0.2 ps RMS。Elite Platform™SiT936x振荡器支持此应用,抖动为0.061 ps,远低于10 MHz至40 MHz积分范围内的系统预算。


SiTime的Elite平台振荡器使用DualMEMS™谐振器与高度优化的压控振荡器(VCO)和低噪声,高分辨率TDC相结合,以实现这种相位噪声性能。下图显示了Elite平台SiT9356振荡器的测量数据,其集成相位抖动(IPJ)仅为233飞秒(fs)RMS,集成在12 kHz至20 MHz之间。



Elite Platform振荡器的集成相位抖动(IPJ)明显低于高速串行数据通信应用的系统预算。 此外,Elite振荡器的性能在无线和串行数据系统中得以维持,这些系统暴露于常见的环境压力因素,如冲击,振动,快速温度瞬变和嘈杂的电源。 对这些现实条件的免疫性提高了性能并消除了通信链路的丢失。


下图显示了MEMS SiT9365振荡器与经受振动的同类最佳石英振荡器相比的相位噪声。 在15Hz至2KHz的频带上,随机振动幅度为7.5g均方根(RMS)。



    SiT9365振荡器在此振动频带中的相位噪声低约10倍。 这对于在火车站,地铁站,机场和许多其他经历振动的位置附近部署的通信系统而言是显着的益处。


嘈杂的电源可能是高速系统中的另一个抖动源。电源上的噪声通常与输出耦合,这会显着降低性能。下图显示了以ps / mV为单位测量的几个差分振荡器的电源噪声灵敏度。 数字越小意味着性能越好。 在此测试中,50 mV正弦波交流耦合到电源引脚上,并且在时钟输出端测量由此50 mV正弦波产生的抖动。


    SiT9365振荡器的性能比其他石英晶振好两到三倍。 为了滤除电源噪声,SiTime振荡器在芯片上集成了多个电源稳压器,并具有最多两级电压调节。


了解有关SiT9365的更多信息


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