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通信系統(tǒng)基準信號源所需石英晶體振蕩器的關鍵規(guī)格與產(chǎn)品介紹

來源：http://69677.cn 作者：億金電子 2018年06月30
           通信傳輸網(wǎng)絡的世界中，核心網(wǎng)、城域網(wǎng)、移動回傳網(wǎng)、接入網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)絡（LAN/SAN）從上至下呈樹狀分布。每種網(wǎng)絡均設定了各自通信所需的獨自規(guī)格。而且，伴隨近年高速通信終端及影像傳輸?shù)绕占?，骨干網(wǎng)中流過的通信量有增無減，通信的高速、大容量化進展迅速，通信基礎設備亦不斷擴充。
            進行如上所示的高速數(shù)據(jù)通信的通信協(xié)議需要具備傳輸線路、系統(tǒng)以及誤碼率等性能。誤碼率（以下簡稱為“BER”）是指進行收發(fā)信之際，收信方接收數(shù)據(jù)中的誤碼數(shù)除以發(fā)出的數(shù)據(jù)總字節(jié)數(shù)得出的錯誤率。尤其對于BER，信號所具有的噪音和抖動是非常重要的參數(shù)，對信號品質(zhì)的影響極大。
          本次，我們將說明基于通信設備所需的信號品質(zhì)而要求石英晶體振蕩器,有源晶振具備的關鍵規(guī)格，并介紹市場中銷售的晶體石英振蕩器結構及特征，以及適于通信設備的愛普生產(chǎn)品。
         【高速通信系統(tǒng)的構成】
          首先，用圖1表示兩只收發(fā)模塊之間通過PCI、SATA或10GbE等各種通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的常用通信系統(tǒng)傳輸線路。在這樣的系統(tǒng)中，使用晶振生成基準信號。通常，有源晶振,石英晶體振蕩器基準信號用低于數(shù)據(jù)傳輸率的頻率起振。所以，為了以基準信號生成串聯(lián)數(shù)據(jù)，發(fā)送方使用收發(fā)模塊中的鎖相環(huán)電路（PLL，Phase Locked Loop）把基準信號頻率倍增到需要的頻率后發(fā)送。與此相對，接收方使用收到的數(shù)據(jù)流中內(nèi)含鎖相環(huán)電路的時鐘數(shù)據(jù)恢復（Clock Data Recovery）復原基準信號，并用復原后的基準信號復原數(shù)據(jù)。在部分高端系統(tǒng)中，也采用根據(jù)接收方所持有的基準信號復原數(shù)據(jù)的方式。
          如上所示，在收發(fā)信的過程中隨時進行著信號的轉(zhuǎn)換與復原。在日益高速的通信中，接收方必須正確判斷接收的數(shù)據(jù)是0還是1。因此，如何抑制信號自身的抖動和噪音提高信號品質(zhì)、如何設計最佳的傳輸線路專用集成電路是非常重要的課題。
         【信號品質(zhì)評估手法】
         評估通信系統(tǒng)中信號本身的品質(zhì)時，經(jīng)常使用眼圖。眼圖是使用示波器等測試儀器收集大量高速數(shù)字信號波形后重合而成的圖形，由于波形重合后呈“眼”狀而得名。假設傳輸線路的通信協(xié)議為10GbE，該系統(tǒng)中傳輸10Gbps的信號所用時間（長度）為各字節(jié)100微微秒。評估信號品質(zhì)時，將每隔100微微秒重復出現(xiàn)的信號相重合后制成眼圖。假設基準信號很純正且傳輸線路的專用集成電路設計良好，則可以獲得如圖2左所示的幾乎完全重合的波形。與其相反，如果愛普生晶振基準信號中噪音和抖動較多、或因?qū)Ｓ眉呻娐返脑O計而產(chǎn)生傳輸線路的頻帶不足等損失，信號波形則會變得不穩(wěn)定，重合后的波形呈現(xiàn)圖2右所示的眼睛逐漸閉攏的情況。
          判斷信號數(shù)據(jù)是0還是1時，重要的是開眼部的長寬足夠大。開眼部因噪音和抖動而縮小，將導致接收方無法準確判斷信號數(shù)據(jù)，BER變高?，F(xiàn)在幾乎所有通信系統(tǒng)均要求BER至少應達到1×10-12。這意味著每傳輸1012字節(jié)的數(shù)據(jù)時允許出現(xiàn)1個字節(jié)的錯誤。綜上所述，從眼圖中可以獲得石英晶體振蕩器噪音、抖動或頻帶不足等有關信號品質(zhì)的各種信息。
         【構成抖動的要素】
          圖3表示通信系統(tǒng)中石英晶體振蕩器抖動的構成要素。總體抖動TJ（Total Jitter）用確定性抖動DJ（Deterministic Jitter）與隨機抖動RJ（Random Jitter）之和來表示。確定性抖動表示因電路設計、電磁感應或外界因素而產(chǎn)生的抖動。確定性抖動的特征是頻率擴散保持一定，且與時間變化無關。作為基準信號源的有源貼片晶振性能中影響確定性抖動的是失真和分諧波。
         隨機抖動名副其實表示無法預測的抖動成份。它受石英晶振,石英晶體振蕩器元件自身的特性、熱噪音等因素的影響而自然產(chǎn)生。隨機抖動的特征是隨時間而擴散。作為基準信號源的OSC石英晶振性能中，影響隨機抖動的正是基準信號源的抖動。
         其它系統(tǒng)中的因素也被歸類為產(chǎn)生抖動的要因，例如插件石英晶振的電源噪音與串擾、因電纜設計等影響而引起的頻帶不足是產(chǎn)生確定性抖動的要因，而專用集成電路的噪音等則是產(chǎn)生隨時抖動的要因。因此，系統(tǒng)設計人員需要通過改善專用集成電路的設計、變更基板布局以及變更部品等減小總體抖動。
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