遥遥领先Skyworks利用高性能振荡器降低通信应用的开发风险

遥遥领先Skyworks利用高性能振荡器降低通信应用的开发风险

基于第四代DSPLL技术，新型振荡器产品解决了 25/40/50/100/400Gbps时序挑战

随着通信和数据中心应用过渡到更高的数据速率以快速支持 随着互联网流量需求的增加，SerDes参考时钟的性能变得日益重要 重要。如果参考时钟抖动太高，会导致不可接受的高系统误码率(BER)， 流量丢失或系统通信中断。此外，56G PAM4 PHYs，100G/200G/400G以太网， 和100G/400G OTN需要不同的频率混合，进一步增加了定时复杂性

高速通信和数据中心时序要求

Skyworks最新的Si54x超系列石英晶体振荡器产品专为这些要求苛刻的高速 通信和数据中心应用。这些高性能振荡器提供任何频率 合成、80 fs RMS的超低抖动，提供标准小尺寸振荡器 脚印。通过提供一流的抖动容限和频率灵活性，我们的Ultra系列让这一切变得简单 硬件设计人员可以放心设计，并降低产品开发风险。

图一。高速通信和数据中心时序要求

图2超系列DSPLL架构

超系列DSPLL架构

图2显示了使用Skyworks专有的第四代DSPLL的替代方法 建筑。DSPLL技术采用双环路PLL架构，具有内环和外环，用于 实现低带宽抖动衰减PLL。内环作为数字控制振荡器工作 (DCO)为外环。内环是基于低相位噪声15GHz模拟的宽带PLL LC振荡器。振荡器不是用模拟电路控制VCO，而是用数字方式控制 使用高分辨率frac-N反馈分频器。frac-N反馈分频器以精确的步进进行调制 以使整个内环能够作为DCO运行。LC振荡器提供宽的调谐范围， 使得内环PLL能够在很宽的频率范围内工作。一种低成本的基本模式， 不可拉晶体用作内环参考。环路滤波器功能是数字实现的 而不需要分立元件。

DSPLL外环执行三个功能:与外部提供的参考同步 时钟、抖动衰减和时钟倍增。由于内环是数字控制的，所以DSPLL 外环同样可以使用高度数字化的架构来实现。DSPLL外部环路滤波器 完全采用先进的模数转换器(ADC)和数字信号在片上实现 基于处理(DSP)的架构，简化印刷电路板(PCB)布局和设计 最大限度地提高对电路板级噪声的抗扰度。这种架构的另一个好处是用户可编程性 关键PLL参数，如PLL环路带宽。有效频率调谐分辨率 这种架构的功耗为万亿分之一(ppt)，支持非常精确的PLL控制。的另一个好处是 DSPLL架构不需要更改物料清单(BOM)来支持不同的输入和 输出频率和环路带宽.

图2提供了Skyworks全新Ultra系列第四代DSPLL的高级概述 建筑。与需要复杂批量制造的传统石英晶振振荡器方法不同 工艺和不同频率的不同晶体，Si54x架构结合了简单、高 质量固定频率晶体和Skyworks的最新一代的DSPLL产生任何频率。这 在输出测试期间，设备被编程并定制为目标频率。使用这种创新的 方法Si54x可以轻松地进行大规模定制，以满足每个客户的独特要求。这 Si54x Ultra系列支持从200 kHz到1.5 GHz的任何频率，使单一产品系列能够 轻松支持标准和定制频率应用。

第四代DSPLL采用业界领先的55纳米CMOS技术设计，利用高度 数字架构提供一流的频率灵活性和抖动性能。的输入 DSPLL的鉴相器从模拟转换为数字，使DSPLL能够完全工作在 数字领域。这种全数字方法有多种好处。首先，数控振荡器 (DCO)可以用小至< 1 ppb的步长精确控制，以跟踪之间的相位延迟 参考和反馈时钟，DCO增益很小，使电路不易受噪声影响 优于传统模拟PLL。其次，DSPLL支持创新的相位误差消除 该电路采用先进的数字信号处理技术来消除延迟、非线性和 温度效应。这些架构特征确保了整个过程中一致的器件性能， 电压和温度。因此，Skyworks贴片晶振的第四代DSPLL架构提供超低 整个工作范围内的抖动。

DSPLL架构的优势

与相比，单振荡器DSPLL架构具有无与伦比的集成度和灵活性 传统双振荡器模拟级联PLL架构。虽然这两种架构提供了 类似的功能，包括抖动衰减和时钟倍增，在 PCB尺寸、功耗和性能。

图3。Si54x超系列XO抖动性能与频率的关系

为了进一步简化设备评估，Skyworks提供了XO相位噪声查找实用程序，可用于检索Skyworks振荡器在各种流行频率上的1000多个测量相位噪声图

集成电源噪声调节

第四代DSPLL拥有广泛的片内低压差调节器网络来提供电源 电源噪声抑制，确保即使在高噪声系统环境中也能持续低抖动工作。 集成电源噪声调节的另一个好处是简化了电源滤波PCB 设计和布局。

图4。集成PSNR将附加抖动降至最低

多频支持

除了标准的单频振荡器，双频和四频振荡器利用 Skyworks的第四代DSPLL架构已经上市。这些设备可以替代两个或更多 单IC分立振荡器，最大限度降低BOM成本和复杂性。有多种好处 多频石英晶体振荡器:

支持单个设备的多协议SerDes
简化了设置/保持时间测试
频率裕度（例如156.25 MHz+50 ppm、156.25 MHz、156.25 MHz-50 ppm）
简化了原型设计。使用多频振荡器测试具有各种参考时钟的新型SerDes和ASIC。选择最终频率后，转换为固定的单频振荡器。

采用单电源的多种格式选项

Skyworks的Ultra系列振荡器具有高度灵活的输出驱动器，可在工厂定制，以 支持任何常见的信号格式：差分晶振LVDS，LVPECL，HCSL，CML，CMOS和双CMOS。此外， 输出驱动器支持宽电源电压范围。单个Si54x器件可以支持1.8V-3.3V 操作，使单个零件号能够取代多个固定电压1.8V、2.5V和3.3V振荡器。