中心論題：

• 分析以DSP為基礎(chǔ)的鎖相回路架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
• 介紹Si530、Si550石英振蕩器和壓控石英振蕩器產(chǎn)品

解決方案：

• 以DSPLL為基礎(chǔ)的振蕩器可大幅改善振蕩器的可靠性和效能
• 以DSPLL為基礎(chǔ)的振蕩器控制電壓的線性更良好

今日的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須支持?jǐn)?shù)目不斷增多的各種數(shù)據(jù)速率，包括10G以太網(wǎng)絡(luò)、10G光纖信道（Fibre Channel）、SONET OC-192和相關(guān)的前向錯誤更正（FEC）速率。傳統(tǒng)的時序子系統(tǒng)架構(gòu)必須為每種頻率使用一顆石英晶體或SAW諧振器，這會導(dǎo)致每張線路卡上出現(xiàn)許多不同的振蕩器。

使用多個石英振蕩器或SAW諧振器可能為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)人員帶來問題，包括很長的石英晶體采購前置作業(yè)時間、頻率穩(wěn)定性、長期老化現(xiàn)象、溫度漂移和機(jī)械完整性。相形之下，只要將DSP為基礎(chǔ)的高效能頻率合成組件搭配低頻石英晶體就能發(fā)展出多頻率輸出的石英振蕩器（XO）或壓控石英振蕩器（VCXO），同時大幅改善組件采購前置作業(yè)時間和機(jī)械強(qiáng)固性等使用高基波（HFF）石英晶體或表面聲波（SAW）振蕩器時常見的問題。

以DSP為基礎(chǔ)的鎖相回路架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)
精密CMOS技術(shù)的進(jìn)步提高了電路的速度和運(yùn)算能力，廠商因此能以DSP為基礎(chǔ)發(fā)展出強(qiáng)大的頻率合成組件，并利用它們設(shè)計(jì)高頻率、低抖動的新型石英振蕩器和壓控石英振蕩器。這種把頻率合成組件與固定低頻率石英諧振器結(jié)合在一起的做法既可提供相當(dāng)于傳統(tǒng)石英振蕩器或壓控石英振蕩器的功能，又可在使用者指定的多個頻率下操作。

以DSP為基礎(chǔ)的鎖相回路技術(shù)（DSPLL）為振蕩器提供傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)的許多獨(dú)特功能。例如傳統(tǒng)做法須為不同頻率制造不同的HFF石英晶體或SAW諧振器，以DSPLL架構(gòu)為基礎(chǔ)的振蕩器（圖1所示）則能在所有產(chǎn)品中利用一顆規(guī)格較寬松的低頻石英晶體提供多頻操作能力，并將固定頻率振蕩器的輸出倍頻為使用者在10MHz到1.4GHz之間所指定的頻率。

以SAW或HFF為基礎(chǔ)的現(xiàn)有解決方案需要電鍍和蝕刻等復(fù)雜的生產(chǎn)步驟來調(diào)校最終頻率，這使得產(chǎn)品交貨的前置作業(yè)時間最長達(dá)到八周。DSPLL技術(shù)則可透過電子調(diào)校來產(chǎn)生客戶所要的頻率，不但分辨率超過1ppb，產(chǎn)品供應(yīng)的前置作業(yè)時間也減少至一周左右。另外，把頻率產(chǎn)生和調(diào)諧功能移到混合訊號組件還能提供傳統(tǒng)技術(shù)所無法提供的效能與功能。

 
圖1：以DSP為基礎(chǔ)的鎖相回路振蕩器架構(gòu)。

DSPLL還能將提供兩組或四組不同輸出頻率的組件整合至業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的5×7毫米封裝（參考圖2），這比傳統(tǒng)解決方案節(jié)省七成五的電路板面積和四成的成本。這項(xiàng)特色的主要應(yīng)用范圍包括必須支持10G以太網(wǎng)絡(luò)、10G光纖信道和SONET（OC-192）等各種高速線路速率的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

 
圖2：四頻壓控石英振蕩器讓整合變?yōu)榭赡堋?/p>

由于一顆組件就能讓壓控石英振蕩器和石英振蕩器提供寬廣的輸出頻率范圍，所以供貨商的選擇和供應(yīng)鏈管理都變得更簡單。另外，客戶的質(zhì)量驗(yàn)證工作也更容易，這是因?yàn)楦鞣N振蕩器頻率都源自于同一顆組件。

提供更高的可靠性與效能
想要根據(jù)初始精確度、溫度穩(wěn)定性和老化影響等三項(xiàng)重要指標(biāo)來大幅改善振蕩器的可靠性和效能，關(guān)鍵就在于采用以DSPLL為基礎(chǔ)的振蕩器架構(gòu)。

初始精確度代表輸出頻率與生產(chǎn)時的目標(biāo)頻率有多接近。把高分辨率的頻率合成功能加入DSPLL頻率組件后，廠商只要透過簡單編程就能設(shè)定振蕩器的頻率，不必像調(diào)整傳統(tǒng)解決方案一樣為了改變石英振子的質(zhì)量而透過兩個步驟來微量增加或減少金屬材料。可程序DSPLL技術(shù)可消除傳統(tǒng)振蕩器生產(chǎn)過程所引入的許多誤差來源，廠商因此能使用規(guī)格較寬松的低成本石英晶體來生產(chǎn)振蕩器并提供更高的初始精確度。采用DSPLL技術(shù)的振蕩器可將初始精確度控制在1ppm以內(nèi)（典型值），這比以SAW為基礎(chǔ)或HFF振蕩器高出五至十倍。

溫度穩(wěn)定性代表頻率隨溫度而變動的情形。以SAW為基礎(chǔ)的振蕩器比DSPLL石英振蕩器和壓控石英振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)AT型石英晶體更易受到溫度影響，因此DSPLL組件的頻率穩(wěn)定性通常比SAW組件高出五倍，也勝過HFF解決方案兩成左右。

老化穩(wěn)定性代表頻率隨著時間而「漂移」的程度。老化影響與振蕩頻率都與石英片的大小成反比，因此越厚的石英通常頻率穩(wěn)定性就越不易受到時間（老化）影響，振蕩頻率也越低。相形之下，傳統(tǒng)HFF振蕩器必須使用更薄和更脆弱的石英，它們更容易受到封裝雜質(zhì)影響，機(jī)械強(qiáng)固性也更差。就以Silicon Laboratories Si530（XO）和Si550（VCXO） 所用的116.4MHz三階諧波（third overtone）石英晶體為例，其石英振子的厚度約為155MHz HFF石英晶體的四倍，因此Si530和Si550的老化效能通常會比采用HFF的解決方案高出四倍。另外，Si530/Si550每年1ppm的長期頻率穩(wěn)定性（老化）更比每年通常為10ppm的SAW組件好十倍。

可選擇式控制斜率簡化壓控石英振蕩器設(shè)計(jì)和提高穩(wěn)定性
利用HFF石英晶體或SAW技術(shù)實(shí)作的壓控振蕩器通常會透過變?nèi)萜鱽碚{(diào)整或拉動振蕩器的輸出頻率。設(shè)計(jì)人員若想實(shí)作以SAW為基礎(chǔ)的壓控振蕩器（VCSO），就必須使用控制斜率（tuning slope）范圍較大的產(chǎn)品來彌補(bǔ)SAW較差的初始頻率精確度、溫度穩(wěn)定性和老化特性。

以HFF技術(shù)為基礎(chǔ)的高頻壓控石英振蕩器的控制斜率表現(xiàn)通常并沒有它們在溫度穩(wěn)定性方面那么杰出，Si550則能提供圖3所示的多個控制斜率選項(xiàng)（45、90、135和180ppm/V），這使它很容易替代傳統(tǒng)組件。此外，Si550由于提供45和90ppm/V等較小的控制斜率，因此比其它VCSO組件更容易用于低回路頻寬設(shè)計(jì)。低電壓增益選項(xiàng)則能減少電路板層級的噪聲放大影響和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

 
圖3：Si550電壓增益選項(xiàng)。

控制電壓的線性更良好
從圖4即可看出在控制電壓的線性方面，以DSPLL為基礎(chǔ)的振蕩器比現(xiàn)有的壓控石英振蕩器或壓控SAW振蕩器還好五倍。Si550會將控制電壓數(shù)字化，然后傳給DSPLL頻率合成引擎。這種做法可以免除傳統(tǒng)所需的變?nèi)萜骱退鶐淼姆蔷€性特性，進(jìn)而提供高于其它競爭組件五到十倍的±1線性效能。Si550還提供多種控制范圍（tuning range）讓客戶選擇最適合其應(yīng)用的組件；相較于采用SAW的解決方案，這種可選擇式控制斜率范圍在同樣的溫度范圍內(nèi)可以提供更穩(wěn)定的回路頻寬，進(jìn)而使得設(shè)計(jì)更強(qiáng)固可靠。

 
圖4：Si550控制電壓的線性特性。

Silicon Laboratories Si530和Si550石英振蕩器和壓控石英振蕩器產(chǎn)品
Silicon Laboratories的Si530和Si550石英振蕩器和壓控石英振蕩器全都采用通過業(yè)界考驗(yàn)的DSPLL技術(shù)，最適合頻率控制市場的高效能應(yīng)用領(lǐng)域。Si530石英振蕩器和Si550壓控石英振蕩器代表全新類型的頻率控制組件，主要支持10MHz到1.4GHz頻率范圍的高頻率、低抖動應(yīng)用。

把頻率合成功能移至Silicon Laboratories的DSPLL引擎可以大幅簡化高頻振蕩器的相關(guān)生產(chǎn)流程，使得產(chǎn)品供應(yīng)的前置作業(yè)時間變得更短和可預(yù)期。此外，這套革命性架構(gòu)還大幅改善組件的總體可靠性及提供四頻操作等許多新功能。除了降低成本和提供超越傳統(tǒng)解決方案的穩(wěn)定性外，Silicon Laboratories的所有振蕩器還提供典型值少于0.3ps均方根值的超低抖動操作能力，這已達(dá)到SONET/SDH應(yīng)用的最嚴(yán)苛要求。

Silicon Laboratories的Si530（石英振蕩器）和Si550（壓控石英振蕩器）能滿足下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日益增加的精準(zhǔn)頻率源要求，同時將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到無線基地臺、測試與量測、儲存局域網(wǎng)絡(luò)（SAN）和視訊等各種新市場。Si530和Si550系列組件都采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)封裝與接腳，可用來取代現(xiàn)有振蕩器并提供更好的前置作業(yè)時間、穩(wěn)定性和效能。