Jste zde

Si53x a Si55x – velmi přesné generátory hodinového signálu

risahte.cz, 10. Listopad 2005 - 0:00

Mimo známé MCU na bázi 8051 a mnoho dalších integrovaných obvodů, firma Silicon Laboratories nejnověji nabízí i zajímavé a užitečné obvody pracující jako generátory velmi přesného a stabilního jednoho či více hodinových signálů s případnou možností přeladění.

V současné době i v budoucnu jsou v oblasti telekomunikací a datových přenosů základním kamenem obvody či zapojení pracující jako zdroje hodinových signálů o vysokých frekvencích (až jednotky GHz) s potřebou vysoké stability teplotní (až jednotky ppm) i časové (až jednotky ppm/rok). Pro vysoké přenosové rychlosti a nízkou chybovost musí mít generátor i velmi nízký jitter. V mnoha případech je navíc nutné v jednom systému či přijímači použít více různých hodinových signálů, generované různými oscilátory. S využitím kompaktních obvodů krystalových oscilátorů řady Si530 a Si550 je toto možné provést velmi jednoduše a s výrazně lepšími vlastnostmi než tomu bylo dosud.

Celý princip těchto generátorů frekvencí až do jednotek GHz je založen na revoluční patentované DSPLL syntéze, která umožňuje generovat hodinové signály v širokém rozsahu vysokých frekvencí z jedné nižší frekvence. Technologie DSPLL pracuje na principu spojení smyčky fázového závěsu (PLL), signálového procesoru (DSP) a digitálního napěťově řízeného oscilátoru (DVCO) s extrémně nízkou hodnotou jitteru. V mechanicky odolném kompaktním pouzdru je tento integrovaný obvod doplněn krystalem s rezonanční frekvencí pouze jednotek MHz, který tvoří základní rezonátor generující kmity. Právě tato kombinace umožňuje levnou výrobu a dlouhodobě stálé vysoké parametry generátoru, které 5krát až 10krát převyšují hodnoty ostatních známých systémů. Takto je dosaženo technologicky i výrobně jednoduššího řešení, které ve všech směrech převyšuje i současné nejlepší rezonátory SAW nebo krystalové oscilátory HFF.

Například technologie DSPLL umožňuje programově kalibrovat výstupní frekvenci s přesností s krokem 1 ppb (piece per billion), což dohromady s běžným krystalem a po kompletním zapouzdření znamená celkové výrobního nastavení frekvence s tolerancí jen 1 ppm a časovou stabilitou méně než 1 ppm/1 rok. V porovnání s oscilátory SAW, dosahující hodnot několik desítek ppm a jen 10 ppm/1 rok, jde o zlepšení až řád. Dalším důležitým parametrem je jitter, tzn. časová nestabilita při generování hran hodinového signálu. Ten má velký vliv na chybovost v přenosu například v 1 a více Gbit LAN sítích. Zde je nutné dodržet jitter na úrovni jednotek ps (pikosekund). Uvedené generátory mají hodnoty jitteru méně než 1 ps, což je plně srovnatelné s nejlepšími systémy se SAW nebo HFF. K tomu je řada Si550 koncipována jako obvody napěťově řízených krystalových oscilátorů VCXO umožňující neobvykle široké lineární přelaďování frekvence.

Řada obvodů Si53x tedy obsahuje přesné krystalové oscilátory pevné hodinové frekvence v rozsahu 10 MHz až 1.4 GHz (frekvence konkrétního obvodu dle přání zákazníka) s hodnotou jitteru max. 0.3 ps a v malých keramických pouzdrech velikosti 7 x 5 mm. Všechny obvody jsou poskytovány s výstupním signálem dle standardů LVDS/CML/LVPECL nebo CMOS, napájením 1.8 V, 2.5 V nebo 3.3 V. Zvolit lze i teplotní stabilitu z hodnot 20 nebo 50 ppm, přičemž hlavně první údaj opět převyšuje hodnoty všech dostupných generátorů vysokých frekvencí. Spotřeba obvodů při uvolněném signálové výstupu (Output Enable) je cca 90 mA. Veškerých popsaných parametrů je možné využít v širokém rozsahu pracovních teplot -40 až +85 °C. Obvody Si532 poskytují dva hodinové signály o různých frekvencích z uvedeného rozsahu, které jsou binárně přepínané vstupem FS na jediný fyzický výstup, pin CLK (CMOS) nebo CLK+ a CLK- (LVDS/CML/LVPECL). Obvody Si534 pak poskytují čtyři hodinové signály přepínané vstupy FS1 a FS2.

Obvody Si55x jsou napětím řízené oscilátory (VCXO), které dosahují podobně vynikajících vlastností jako obvody Si53x. Na vstup Vc se přivádí ladící napětí v celém rozsahu napájecího napětí, přičemž převodní konstanta může být 45, 90 nebo 180 ppm/V (opět dle volby zákazníka). Samotné přelaďování uvnitř obvodu se již provádí číslicově po digitalizaci napětí A/D převodníkem. Výhodou je tak minimálně 5krát větší linearita než v případě oscilátorů SAW a HFF, typicky 1%. Proti řadě Si530 je zde širší volba hodnot teplotní stability, konkrétně 20, 50 nebo 100 ppm. Ostatní parametry jsou již podobné s řadou Si53x. Též jsou k dispozici verze s dvěmi (Si552) nebo čtyřmi (Si554) hodinovými signály přepínané na jeden fyzický výstup.