由于对较小外形尺寸的需求不断增加,系统设计人员面临与基准时钟抖动相关的基本挑战:随着基准振荡器内部石英晶振尺寸的减小,保持出色均方根抖动性能的能力变得具有挑战性.随着对整体系统尺寸和功能的不断要求,设计人员正在寻找能够在小尺寸和抖动性能方面满足最佳收敛的基准时钟.
基于锁相环的解决方案
从一开始,Abracon公司就一直专注于始终如一地实现这种收敛,并以微型外形生产超低均方根抖动时钟解决方案.2018年,Abracon公司在其ClearClockTM系列下推出了两种解决方案,AX5和AX7设备,分别采用5032晶振和AX7毫米封装.这些器件基于复杂的锁相环技术,如图1所示,产生出色的均方根抖动性能——载波频率在12千赫至20兆赫范围内通常优于150飞秒.

图1:基于锁相环的AX5和AX7系列架构

在上述锁相环方法中,采用了一些技术来改善有源晶振相位噪声检测器基底的限制,使得相位噪声斜率在远离载波的地方有所改善.AX5和AX7设备经过优化,可满足50兆赫兹至2.1千兆赫兹载波频率之间的市场需求.这些设备可以在Abracon的生产设备上配置为先前指定范围内的任何所需频率.AX5和AX7解决方案能够提供业界领先的频率上限,非常适合需要200MHz以上时钟基准电压的应用.
非锁相环解决方案
然而,Abracon晶振公司进一步认识到,与AX5和AX7设备相比,用户对100兆赫兹和156.25兆赫兹载波频率的需求越来越大.这些要求通常以PCIExpress(PCIe),光收发器,存储和网络客户群为中心.
作为回应,Abracon开发了一种在小型封装中具有出色抖动性能的解决方案.该公司最近推出了3225贴片晶振毫米封装的AX3系列超低均方根抖动时钟.该系列提供LVPECL,LVDS或HCSL输出配置.
AX3器件可以在+1.8V,+2.5V或+3.3V下偏置LVDS或HCSL输出,在+2.5V和+3.3V下偏置LVPECL输出配置.凭借对市场需求的全面了解,Abracon在AX3系列超低抖动时钟中开发了(12)个独特的载波频率,如下所示:
100.00,114.00,114.285,120.00,122.88,125.00,135.00,148.50,150.00,155.52,156.25和200.00MHz

图2:非锁相环AX3系列架构

AX3性能的秘密在于它的简单性.仔细设计第三泛音晶体毛坯,并适当捕获所需载波信号,确保目标载波具有出色的均方根抖动性能.
如图2所示,AX3架构不采用典型的锁相环方法,因此没有"上变频"简单地说,所产生的信号没有分数或整数乘法,因此,最终输出频率与第三泛音石英晶体的谐振频率具有一对一的相关性.不采用小数乘法简化了设计,并在3.2x2.5x1.0mm小型封装中提供了最佳抖动.
Abracon晶振将AX3系列的性能与主要竞争对手在相同封装尺寸下的解决方案进行了比较.如图3所示,AX3在156.25MHz载波下的均方根抖动性能比主要竞争对手平均高出68%.
不是我认为,竞争对手的解决方案基于倒置台面晶体技术,不采用AX3家族的第三泛音晶体架构.此外,竞争对手设备内部的有源电路显示出偏离载波10千赫至1千赫之间的大约-135分贝/赫的阈值.这一限制有助于降低目标带宽(12千赫至20兆赫)上的均方根抖动性能.

图3:Abracon公司AX3系列性能与顶级竞争对手的对比

为了确保在20年的产品寿命内符合50ppm的全包频率稳定性,亚伯拉罕优化了第三泛音晶振,并对其进行了调节,使其在-20℃至+70℃时达到15ppm的稳定性,在-40℃至+85℃时达到25ppm的稳定性,如图4所示.
在20年的产品寿命中,通过回流焊,频率拉推和老化进行设置容差转换,这种优化可确保AX3系列器件在20年的产品寿命中保持在所需的50ppm全包边界条件内.

图4:AX3在-20℃至+70℃时的稳定性为15ppm,在-40℃至+85℃时的稳定性为25ppm

系统设计师需要创新的时钟解决方案,以满足尺寸,性能和成本限制.Abracon的ClearClockTM系列器件提供了小尺寸和卓越抖动性能的理想会聚.尤其是AX3系列在100兆赫兹和156.25兆赫兹载波频率上超越竞争对手.
最后,为了确保设计团体和大规模生产需求的快速可用性,Abracon的AX3有源晶振时钟振荡器在大多数开发频率下将从2019年8月开始通过公司的全球分销网络提供.

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