使用更小元件獲得更快速響應(yīng)

與電子產(chǎn)品中的所有其他元件一樣，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員總是希望振蕩器同時(shí)具備體積更小、速度更快，并且更加便宜的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)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(jìn)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(shí)，情況如此)。其實(shí)，需要的是振蕩器在給定頻率條件下具備噪聲更低和抖動(dòng)更小的優(yōu)良性能。這樣，抖動(dòng)問(wèn)題就不會(huì)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(dòng)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(jìn)行平衡。

圖1 為了克服更高傳輸速度引起噪聲增加的問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的振蕩器

更高速網(wǎng)絡(luò)=更高需求

對(duì)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(zhǎng)到10Gb以太網(wǎng)(更高速率網(wǎng)絡(luò)仍然在開(kāi)發(fā)之中)，人們優(yōu)先關(guān)注的前3個(gè)問(wèn)題為噪聲、噪聲還是噪聲(見(jiàn)圖1)。傳輸速度越高，噪聲容限要求就越嚴(yán)格，因?yàn)檎袷幤鞴逃性肼曀诫S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(huì)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(duì)于1Gb以太網(wǎng)應(yīng)用，1ps的相位抖動(dòng)屬于正?！，F(xiàn)在，10Gb以太網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)人員則希望獲得0.5或0.3ps的性能。經(jīng)重新設(shè)計(jì)的振蕩器架構(gòu)不斷演進(jìn)，以期緩解這方面的壓力，并滿(mǎn)足下一代網(wǎng)絡(luò)的要求。

在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中滿(mǎn)足頻率控制要求的一種發(fā)展趨勢(shì)，是提供針對(duì)多級(jí)別網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用獨(dú)特參考頻率而配置和設(shè)定的專(zhuān)用振蕩器設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)。這些設(shè)計(jì)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(dòng)器的單獨(dú)選項(xiàng)。

圖2用于1Gb以太網(wǎng)和10Gb以太網(wǎng)應(yīng)用的XpressO等專(zhuān)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(zhuān)門(mén)針對(duì)預(yù)設(shè)參考頻率和應(yīng)用匹配的抖動(dòng)性能而設(shè)計(jì)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(gòu)所需的解決方案，最大限度地減少工作量和交貨時(shí)間。

更高的移動(dòng)性需求更多的靈活性

越來(lái)越小的元件滿(mǎn)足了頻率控制解決方案對(duì)更低功耗的要求，這些方案為從個(gè)人通信設(shè)備到汽車(chē)GPS系統(tǒng)的所有應(yīng)用提供至關(guān)重要的定時(shí)功能。

對(duì)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(jì)方面的改進(jìn)已要求將輸入電流從15～20mA降低到2mA或3mA，待機(jī)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(jì)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(mǎn)足眾多便攜和電池供電裝置的需求，包括衛(wèi)星或地面無(wú)線電、GPS和WiMAX、802.11，或藍(lán)牙無(wú)線(見(jiàn)圖3)。由于具備低功耗帶來(lái)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(fèi)電子產(chǎn)品和防風(fēng)雨外殼等。

圖3 不斷演進(jìn)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(zhǎng)

但是，在許多更嚴(yán)苛的應(yīng)用中，抗沖擊、抗震動(dòng)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(duì)于這些應(yīng)用，在振蕩器配置無(wú)法達(dá)到所需的耐久性水平的場(chǎng)合，具備抗震動(dòng)性能的汽車(chē)等級(jí)晶體振蕩器可以提供精確的定時(shí)功能，這些滿(mǎn)足無(wú)源元件AEC-Q200應(yīng)力測(cè)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(lèi)汽車(chē)等級(jí)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(chē)系統(tǒng)(ABS)控制和其他車(chē)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中。除汽車(chē)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(chē)等級(jí)晶體振蕩器。

用于工業(yè)環(huán)境的移動(dòng)電子產(chǎn)品也采用這類(lèi)的汽車(chē)等級(jí)晶體振蕩器，在這些應(yīng)用中設(shè)備使用比較粗獷，在堅(jiān)硬表面上碰撞、摔落的可能性很高。這些應(yīng)用包括無(wú)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(kù)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(jìn)，以期滿(mǎn)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(shí)間之間的矛盾已經(jīng)得到緩解，一個(gè)重要因素是業(yè)界采用了模塊化構(gòu)件架構(gòu)。

這項(xiàng)技術(shù)使用特殊電路以補(bǔ)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(gè)fractional-N鎖相環(huán)(PLL)中的一個(gè)，并使用第三級(jí)Δ-Σ（delta-sigma）調(diào)制技術(shù)，通過(guò)在更寬頻帶上分散雜散波的方式來(lái)降低雜散波的整體幅值。通過(guò)結(jié)合這些特點(diǎn)和專(zhuān)用集成電路(ASIC)，這種模塊方式能夠帶來(lái)噪聲及抖動(dòng)較小的精確定時(shí)性能。

該技術(shù)最佳之處在于其性能指標(biāo)滿(mǎn)足了設(shè)備制造商縮短元件交貨時(shí)間和降低成本的更高要求。最新一代技術(shù)有望降低抖動(dòng)(0.3～0.5ps范圍)、頻率范圍擴(kuò)展至1.5GHz，電壓降至1.8V，并且具有滿(mǎn)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(gè)電子業(yè)的普遍要求，晶體振蕩器制造商繼續(xù)開(kāi)發(fā)新技術(shù)，以期滿(mǎn)足業(yè)界的性能要求，提供交付時(shí)間更短，成本更低的解決方案。