與電子產(chǎn)品中的所有其他元件一樣，產(chǎn)品設(shè)計人員總是希望振蕩器同時具備體積更小、速度更快，并且更加便宜的優(yōu)點。對于網(wǎng)絡(luò)和移動應(yīng)用，終端應(yīng)用的要求接近于振蕩器性能范圍的極限，生產(chǎn)工藝正在不斷演進以期跟上這一要求。
這不僅僅是讓振蕩器自身工作“更快”的案例(在參考頻率較高時，情況如此)。其實，需要的是振蕩器在給定頻率條件下具備噪聲更低和抖動更小的優(yōu)良性能。這樣，抖動問題就不會在目標(biāo)頻率高出很多的應(yīng)用中被放大，例如，10Gb以太網(wǎng)的頻率控制應(yīng)用。在移動應(yīng)用方面，仍然是在所有性能特性與最終元件封裝尺寸及功耗之間進行平衡。
圖1 為了克服更高傳輸速度引起噪聲增加的問題而開發(fā)的振蕩器
更高速網(wǎng)絡(luò)=更高需求
對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，常規(guī)傳輸速度已經(jīng)從1Gb以太網(wǎng)呈指數(shù)性增長到10Gb以太網(wǎng)(更高速率網(wǎng)絡(luò)仍然在開發(fā)之中)，人們優(yōu)先關(guān)注的前3個問題為噪聲、噪聲還是噪聲(見圖1)。傳輸速度越高，噪聲容限要求就越嚴(yán)格，因為振蕩器固有噪聲水平隨著振蕩器參考頻率的增加而增加，以匹配網(wǎng)絡(luò)傳輸頻率。
如果電路中的噪聲水平較高，將會導(dǎo)致器件的比特誤差率升高，造成數(shù)據(jù)包的丟失增加，影響總體系統(tǒng)性能。
對于1Gb以太網(wǎng)應(yīng)用，1ps的相位抖動屬于正?！，F(xiàn)在，10Gb以太網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計人員則希望獲得0.5或0.3ps的性能。經(jīng)重新設(shè)計的振蕩器架構(gòu)不斷演進，以期緩解這方面的壓力，并滿足下一代網(wǎng)絡(luò)的要求。
在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中滿足頻率控制要求的一種發(fā)展趨勢，是提供針對多級別網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用獨特參考頻率而配置和設(shè)定的專用振蕩器設(shè)計(見圖2)。這些設(shè)計包括用于光纖通道和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、SONET光纖網(wǎng)絡(luò)以及SATA、SCSI或串行連接SCSI驅(qū)動器的單獨選項。
圖2用于1Gb以太網(wǎng)和10Gb以太網(wǎng)應(yīng)用的XpressO等專用振蕩器
由于在業(yè)界這些應(yīng)用的要求均有詳細(xì)的描述，廠商專門針對預(yù)設(shè)參考頻率和應(yīng)用匹配的抖動性能而設(shè)計和構(gòu)建振蕩器，這可讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商更方便地選定和采購所需的解決方案，最大限度地減少工作量和交貨時間。
更高的移動性需求更多的靈活性
越來越小的元件滿足了頻率控制解決方案對更低功耗的要求，這些方案為從個人通信設(shè)備到汽車GPS系統(tǒng)的所有應(yīng)用提供至關(guān)重要的定時功能。
對于每克電池重量都很關(guān)鍵的手持式設(shè)備，振蕩器設(shè)計方面的改進已要求將輸入電流從15～20mA降低到2mA或3mA，待機電流減小至5μA。這些器件采用小至2.5mm×2.0mm封裝，在1MHz到高于50MHz的頻率下，可為電子裝置設(shè)計人員提供20×10-6或更好的頻率穩(wěn)定性。
振蕩器在這些頻率范圍的特性能夠滿足眾多便攜和電池供電裝置的需求，包括衛(wèi)星或地面無線電、GPS和WiMAX、802.11，或藍(lán)牙無線(見圖3)。由于具備低功耗帶來的低散熱特性，這些振蕩器尤其適合具有最少空氣循環(huán)的應(yīng)用，如緊湊型消費電子產(chǎn)品和防風(fēng)雨外殼等。
圖3 不斷演進的技術(shù)使得小型、便攜、電池供電產(chǎn)品(如電子閱讀器)的需求大幅增長
但是，在許多更嚴(yán)苛的應(yīng)用中，抗沖擊、抗震動及更寬的溫度范圍與產(chǎn)品尺寸或功耗同樣至關(guān)重要。對于這些應(yīng)用，在振蕩器配置無法達(dá)到所需的耐久性水平的場合，具備抗震動性能的汽車等級晶體振蕩器可以提供精確的定時功能，這些滿足無源元件AEC-Q200應(yīng)力測試要求的晶體振蕩器采用2.5mm×2.0mm封裝，參考頻率為50MHz，工作溫度范圍為-40～+125℃。
這類汽車等級晶體振蕩器用于從導(dǎo)航系統(tǒng)到高端音頻及視頻系統(tǒng)、碰撞警告系統(tǒng)、防抱死剎車系統(tǒng)(ABS)控制和其他車載計算機系統(tǒng)的應(yīng)用中。除汽車應(yīng)用外，重型施工設(shè)備中的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)亦可采用相同的汽車等級晶體振蕩器。
用于工業(yè)環(huán)境的移動電子產(chǎn)品也采用這類的汽車等級晶體振蕩器，在這些應(yīng)用中設(shè)備使用比較粗獷，在堅硬表面上碰撞、摔落的可能性很高。這些應(yīng)用包括無線儀表讀數(shù)裝置、包裹投送業(yè)務(wù)中使用的數(shù)據(jù)裝置以及用于庫房存貨管理系統(tǒng)的便攜式條碼掃描儀。
振蕩器技術(shù)：不斷改進，以期滿足快速變化的要求
近些年，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中曾經(jīng)存在的振蕩器性能與噪聲與交貨時間之間的矛盾已經(jīng)得到緩解，一個重要因素是業(yè)界采用了模塊化構(gòu)件架構(gòu)。
這項技術(shù)使用特殊電路以補足普通晶體振蕩器的不足，提供具有所需降噪性能的特殊的參考頻率。應(yīng)用了數(shù)個fractional-N鎖相環(huán)(PLL)中的一個，并使用第三級Δ-Σ（delta-sigma）調(diào)制技術(shù)，通過在更寬頻帶上分散雜散波的方式來降低雜散波的整體幅值。通過結(jié)合這些特點和專用集成電路(ASIC)，這種模塊方式能夠帶來噪聲及抖動較小的精確定時性能。
該技術(shù)最佳之處在于其性能指標(biāo)滿足了設(shè)備制造商縮短元件交貨時間和降低成本的更高要求。最新一代技術(shù)有望降低抖動(0.3～0.5ps范圍)、頻率范圍擴展至1.5GHz，電壓降至1.8V，并且具有滿足OC-192要求的更低相位噪聲。
減小尺寸、提高速度仍然是整個電子業(yè)的普遍要求，晶體振蕩器制造商繼續(xù)開發(fā)新技術(shù)，以期滿足業(yè)界的性能要求，提供交付時間更短，成本更低的解決方案。
下載文檔
