低頻VCXO振蕩器的衰減抖動參考設計

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2019-06-20 10:03:00【大中小】

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很多客戶都會有這種疑問,振蕩器的頻率是不是越高越好?答案是不一定,晶振頻率并非越高越穩定,使用怎樣的頻點,要實際根據產品的要求選擇,有的產品適合用高頻率,有些則需要用低頻的石英晶體振蕩器.VCXO晶振是近年來比較受歡迎的振蕩器類型,因為它具有電壓控制功能,而且大多數的VCXO振蕩器擁有低抖動,低相噪,低衰減等優良特性.大部分VCXO料號都是高頻率的,但美國Vectron晶振公司設計了幾款低頻率的VCXO晶振,接下來我看看這幾款低頻VCXO系列的參考設計.

雖然與SONET/SDH要求相比,以太網應用中的總抖動要求并不嚴格,但通常情況下,同步以太網中的派生或恢復時鐘經常會出現過多的抖動以支持線路和中央時鐘卡的要求.需要’抖動衰減’或’時鐘清理’,對于這些應用,Vectron開發了CD-700-SynchE,這是一種小型5x7mm,價格極具競爭力的低抖動解決方案.本應用筆記包括推薦的環路濾波器設計,并使用圖1所示的環路濾波器設計,顯示應用抖動信號時的抖動和相位噪聲改善性能.

CD-700包括相位檢測器,運算放大器和具有相關分頻的VCXO.作為經典的模擬PLL,它可用于清除抖動或噪聲信號,并消除與數字PLL相關的離散跳變.50MHz VCXO具有寬拉功能,可滿足每個以太網標準所需的100ppm捕獲或APR范圍.它還具有出色的相位噪聲性能,這是通過將已經很低的相位噪聲50MHz VCXO振蕩器輸出除以2來實現的,以提供25.00MHz的信號.CD-700提供2個獨立的25MHz輸出;當抖動的25MHz信號施加到DATAIN時,可以從OUT2和RDATA導出干凈的25MHz信號.

此外,CD-700還包括一個信號丟失(LOS),可以檢測輸入頻率何時關閉并作為報警.在輸入上有128個丟失周期后,LOS從邏輯0變為邏輯1.這個功能的好處是雙重的;它還可以用于通過將LOS連接到LOSIN來設置VCXO晶振頻率,并用作警報.

推薦的環路濾波器如圖1所示.該設計針對低抖動峰值進行了優化,典型值<0.1dB,并且最大化相位裕度,典型值為86度.環路帶寬足夠寬,可以實現正確的鎖定和漂移跟蹤,但可以抑制高頻噪聲.圖1中的設計用于演示圖2,3,4和5中所示的清理能力,建議用于客戶應用.

圖1環路濾波器設計具有1千赫茲模擬帶寬

CD-700石英晶體振蕩器的清理性能的特點是使用WavecrestSIA 3300C測量25MHz輸入和25MHz輸出時鐘抖動,即時域功能.至少應對10K邊沿進行采樣,以提供逼真的峰-峰值,并對500K邊沿進行采樣,以提供穩健的結果.

CD-700注入了嘈雜的25MHz時鐘源,具有1.954ns的峰-峰周期抖動,如圖2所示.測量了CD-700的輸出,產生了19.867ps的峰-峰周期抖動-幾乎改進了100倍-見圖3.備用的25MHz時鐘源RDATA具有22.526ps的峰-峰周期抖動,如圖4所示.

圖2抖動的25兆赫輸入時鐘

低頻VCXO振蕩器的衰減抖動參考設計

圖3精簡25MHzOUT2時鐘

圖4精簡25MHzRDATA時鐘

Agilent E5052B用于表征CD-700在頻域中的清理性能,提供了另一種視角.CD-700注入了嘈雜的25MHz時鐘源,寬帶噪聲約為-110dBc/Hz,如圖5所示.測量并比較了CD-700輸出,同樣在圖5中,得到了40-50dB改善了地板性能.對于需要2個獨立25MHz時鐘的應用,也可以使用RDATA,但使用OUT1可以獲得最佳性能.

圖5比較輸入和輸出相位噪聲的相位噪聲圖

CD-700是一種經濟高效的解決方案,可顯著降低25.000MHz同步以太網應用中的抖動,在12kHz至20MHz帶寬內滿足600fsrms相位抖動規范.與分立式PLL相比,增加的優勢包括縮短設計時間,保證性能以及降低電路板空間和元件成本.Vectron International還生產用于高頻LVPECL Crystal,LVDS時鐘去抖動和頻率轉換應用的FX系列.為125MHz,156.250MHz.

Vectron International公司是一家規模比較大的頻率元件制造商,專業的VCXO Crystal產品生產廠家,其量產的料號多達上百款,每一款VCXO壓控晶體振蕩器都有自己的特點,滿足不同產品的要求,如需訂購或咨詢,請聯系金洛鑫電子0755-27837162.

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