一種滿(mǎn)足通用和高性能應(yīng)用的新時(shí)鐘技術(shù)

隨著時(shí)鐘頻率的持續(xù)增加，以及應(yīng)用對(duì)越來(lái)越多不同頻率的需要，傳統(tǒng)的石英振蕩器正在達(dá)到極限。IDT公司的系列硅時(shí)鐘發(fā)生器正在成為低成本、通用應(yīng)用及高性能數(shù)據(jù)通信、光纖網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用的晶振的有力替代品。

石英振蕩器技術(shù)的基本原理之一是石英越薄，頻率越高。因此，晶振廠商通過(guò)減少產(chǎn)品中石英晶體的厚度，以一定角度進(jìn)行切割(AT或XT切割)，或者采用MESA架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足高頻需求。所有這些方法的不利方面是耗費(fèi)大量勞力并因此帶來(lái)高成本。這些方法也在制造工藝和產(chǎn)品可靠性方面的元件處理上面臨著更大挑戰(zhàn)。一種解決方案是采用諧波晶振，在一次諧波的倍頻上震蕩。雖然諧波晶振可能有助于實(shí)現(xiàn)更高的頻率，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要加倍小心“機(jī)械”晶振所無(wú)法無(wú)法克服的低可靠性問(wèn)題。

更為穩(wěn)妥的做法是用IDT硅時(shí)鐘發(fā)生器替代傳統(tǒng)的晶振。IDT產(chǎn)品系列包括低成本、低功耗、通用器件時(shí)鐘發(fā)生器和驅(qū)動(dòng)器，可廣泛用于成本敏感的應(yīng)用，如機(jī)頂盒、數(shù)字電視、DVD刻錄機(jī)、多功能打印機(jī)及其他消費(fèi)電子產(chǎn)品。新型亞皮秒抖動(dòng)性能的FemtoClock^TM系列產(chǎn)品的使用對(duì)象是高速通信應(yīng)用。

硅時(shí)鐘發(fā)生器在生產(chǎn)和測(cè)試過(guò)程中也具有重要優(yōu)勢(shì)，IDT產(chǎn)品線(xiàn)包括各種具備頻率裕度調(diào)節(jié)能力的片上可編程時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)時(shí)鐘頻率增加時(shí)，這些器件可測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以確保系統(tǒng)有足夠的裕量來(lái)保證可靠運(yùn)行。與晶振相比，硅解決方案可顯著縮短交貨時(shí)間。IDT產(chǎn)品的一般交貨時(shí)間為6周，而晶振則為10至12周。

定制時(shí)鐘減小占板空間，降低成本

低成本IDT時(shí)鐘器件可以在兩方面降低成本。首先，硅時(shí)鐘發(fā)生器每個(gè)輸出頻率的單位成本要比晶振低，硅時(shí)鐘的靈活性和可編程性可減少元件總數(shù)。其次，包括IDT的制造商們?cè)谠O(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)定制時(shí)鐘解決方案時(shí)可提供快速轉(zhuǎn)換時(shí)間，以進(jìn)一步減少量產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)成本。

考慮一個(gè)有11個(gè)晶振，1個(gè)電壓控制晶振(VCXO)、零延遲緩沖器和1個(gè)音頻時(shí)鐘(見(jiàn)圖1a)的機(jī)頂盒應(yīng)用。用IDT解決方案替代這種傳統(tǒng)配置只需要1個(gè)集成時(shí)鐘合成器、1個(gè)晶振和1個(gè)VCXO(見(jiàn)圖1b)。這就將整體元件數(shù)由14個(gè)減少到了3個(gè)，從而元件成本也由5美元降至2美元。

除了節(jié)約成本，硅時(shí)鐘也可節(jié)省占板空間并提高可靠性。一個(gè)晶振和8引腳MSOP振蕩器替代品的面積總和與5mm 7mm表面貼裝振蕩器的面積相似，而硅時(shí)鐘在功能方面的增加意味著這些器件可取代多個(gè)振蕩器。

驅(qū)動(dòng)多頻率和電壓

IDT時(shí)鐘器件上可選倍頻器使其可在相同的電路中、在1．2V到3．3V的不同電源電壓的條件下，驅(qū)動(dòng)多個(gè)不同時(shí)鐘頻率輸出。這些乘法器很精確，大多數(shù)器件都可以實(shí)現(xiàn)零ppm的合成誤差。輸出時(shí)鐘可以是以單端LVCMOS／LVTTL或差分PECL／LVPECL／LVDS電平。包括為PCIExpress而優(yōu)化的HCSL輸出的一些器件具有降低EMI的展頻能力。

提高可能性，降低生產(chǎn)成本

硅時(shí)鐘的靈活性和可編程意味著一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可編程IDT時(shí)鐘器件可應(yīng)用于各種應(yīng)用，從而減少庫(kù)存情況并克服傳統(tǒng)晶振的交貨時(shí)間問(wèn)題。

IDT時(shí)鐘產(chǎn)品集成了這些特征，不僅可降低制造成本，而且可以提高終端產(chǎn)品可靠性。頻率可調(diào)性可以支持生產(chǎn)測(cè)試階段的頻率裕度調(diào)節(jié)，從而大幅度減少現(xiàn)場(chǎng)失效并通過(guò)超頻獲得更高的性能。標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝SOIC、TSSOP、QSOP、TSOT-23和QFN封裝使這些振蕩器替代品可避免晶振所需的手工焊接。

高速應(yīng)用的低抖動(dòng)FemtoClocks

IDT消費(fèi)時(shí)鐘系列可以混合并匹配鎖相環(huán)以滿(mǎn)足所有消費(fèi)時(shí)鐘需求，新型FemtoClock系列產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中的超低相位噪聲性能。IDT FemtoClock產(chǎn)品是業(yè)界首批具有亞皮秒抖動(dòng)性能的產(chǎn)品，可用于電信、光纖網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)應(yīng)用。除了時(shí)鐘合成外，IDT也提供可消除背板時(shí)鐘噪聲的抖動(dòng)衰減器元件。

除了對(duì)IDT時(shí)鐘產(chǎn)品線(xiàn)現(xiàn)有的卓越抖動(dòng)性能的進(jìn)一步改善外，IDT FemtoClock器件可提供500至900飛秒的典型的確定性抖動(dòng)性能(見(jiàn)圖2)，這是任何其他硅時(shí)鐘都無(wú)法相比的，也是對(duì)SAW濾波器性能的一個(gè)顯著改善。這些產(chǎn)品支持1、2和4Gb光纖通道，以及1、10和12Gb以太網(wǎng)、串行ATA、SONET、SDH和XAUI等網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

IDT FemtoClock元件可接收來(lái)自高達(dá)35MHz的標(biāo)準(zhǔn)低成本晶體的輸入或外部時(shí)鐘參考。單輸出型號(hào)采用節(jié)省空間的3mm 3mm 8引線(xiàn)TSSOP封裝，而雙輸出和四輸出型號(hào)分別采用20和24腳的TSSOP封裝。一個(gè)IDT FemtoClock器件可以替代4個(gè)較高成本的高頻振蕩器。

評(píng)估工具

為了幫助工程師評(píng)估系統(tǒng)中FemtoClocks的性能，IDT開(kāi)發(fā)了小型晶振替代品(COR)演示板，可直接安裝在現(xiàn)有的面積為5mm 7mm的標(biāo)準(zhǔn)LVCMOS／TTL振蕩器位置上。電路圖顯示了8腳TSSOP IDT FemtoClock產(chǎn)品可被用來(lái)在同一標(biāo)準(zhǔn)面積下去替代分立式晶體。

結(jié)語(yǔ)

采用硅時(shí)鐘發(fā)生或分發(fā)作為傳統(tǒng)振蕩器的替代品好處包括了增強(qiáng)的功能性、靈活性、可靠性及實(shí)用性，以及所有消費(fèi)品和高速率數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中降低的單位成本和占板空間。比晶振更小更便宜的單個(gè)IDT器件可以不同頻率和電壓驅(qū)動(dòng)多個(gè)輸出。消費(fèi)時(shí)鐘產(chǎn)品系列包括具有頻率高達(dá)250MHz的9個(gè)輸出、并且一個(gè)或多個(gè)輸出可以工作在1．2V至3．3V之間。產(chǎn)品還有單端和差分版本，以及針對(duì)時(shí)鐘分發(fā)的扇出緩沖器和零延遲緩沖器。最新的IDT FemtoClock系列產(chǎn)品的抖動(dòng)性能首次突破了1皮秒的障礙，為電信、光纖網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)應(yīng)用帶來(lái)了硅時(shí)鐘的便利。