FOX 156.25MHz超低RMS抖动有源晶振(TCXO)性能研究

Fox晶振品牌成立于1979年，是生产创新频率控制技术的全球领导者。Fox以通过创造可提高石英晶体和时钟振荡器性能、精度、可靠性和稳定性的尖端产品满足关键客户设计和产品需求而感到自豪。Fox由Abracon提供支持，Abracon提供最新的技术设计支持和全球供应链灵活性，以解决当今客户面临的独特挑战。

德克萨斯州奥斯汀-Abracon,LLC(Abracon)宣布已收购总部位于佛罗里达州迈尔斯堡的私人频率控制供应商FoxElectronics。

近年来，市场对系统时钟抖动要求愈加严格。大多数应用要求在156.25MHz载波的12kHz至20MHz带宽上，最大的RMS抖动上限为200fs。鉴于市场对超低RMS抖动时钟解决方案的需求不断增长，Abracon公司始终致力于提高解决方案的性能特点，同时减小器件封装尺寸。设计156.25MHz时钟振荡器有四种基本方法：

A.使用反台石英片作为谐振器组件的石英晶振

B.使用三次泛音石英片作为谐振器组件的石英晶振

C.将低于50MHz的三次泛音/基音模式石英片，或是低于50MHz的温补晶振，与整数或分数模式锁相环（PLL）IC配合

D.低于50MHz的MEMS谐振器与整数或分数模式锁相环（PLL）IC配合方案A既不能提供最佳的RMS抖动性能，也不能提供成本最低的解决方案。MEMS谐振器方案（方案D）则不能满足最大200fsRMS抖动的主要性能标准。

方案B利用优化设计的三次泛音石英片，同时考虑到电极的几何形状和切割角优化，从而在成本、性能和尺寸方面实现了最佳融合。Abracon的AK2、AX3、AK5和AK7ClearClockTM有源晶振（XO）解决方案采用三次泛音、高Q石英片设计以及特定切割角度，可在-40°C到+85°C的温度范围内满足严格的频率稳定性要求，提供出色的RMS抖动性能，大大超过系统级要求。此外，Abracon研究、分析、设计和生产了ASGTX5系列温补晶振（TCXO）器件

利用方案C来满足Stratum-IV架构中温度稳定度和长时稳定度要求。三次泛音ClearClockTM有源晶振（XO）系列ClearClockTM有源晶振系列特别适用于光收发模块和数据中心架构，这些应用主要采用具有出色的相位噪声和RMS抖动性能的156.25MHz本地晶振，可做为10G、40G、100G和即将推出的400G系统的系统时钟。Abracon最近推出了ClearClockTM振荡器AK2系列，采用微型陶瓷封装，尺寸仅为2.5x2.0x1.0mm。随着AK2加入ClearClockTM系列，Abracon现提供全套抖动性能卓越的石英晶振解决方案，封装尺寸分别为业界标准5.0x7.0、5.0x3.2、3.0x2.5和2.5x2.0mm。

该三次泛音ClearClockTM解决方案采用特定切割角度设计，可在-40?C到+85?C的温度范围内满足严格的频率稳定性要求。下图1-4概述了AK2、AX3、AK5和AK7器件在156.25MHz谐振频率下的温度稳度性能。

ClearClockTM系列的关键性能优势在于单边带相位噪声特性和相关的RMS抖动。图5展示了AK2(2.5x2.0x1.0mm)器件在所有可用电平(Vdd)下采用LVPECL和LVDS输出格式时的典型相位噪声性能。

AK2、AX3、AK5和AK7解决方案具有出色的RMS抖动性能，远低于200fs的典型系统级最大要求。对于要求保证最大RMS抖动性能为100fS的系统，AK5和AK7解决方案在工作电压为3.3v时，不管是采用LVDS还是LVPECL输出格式，均可满足这一要求。ASGTX5温补晶振（TCXO）系列除了提供标准频率（厂家无法配置）的ClearClockTM解决方案，Abracon还开发了ASGTX5系列。此系列可以满足Stratum-IV时钟系统的总稳定度要求：最大32ppm。该要求包括初始设置公差、晶振经过回流焊后的频率偏移、供电电压和负载变化导致的频率偏差，在工作温度范围-40℃到+85℃的频率偏差，以及老化（20年）偏差等。ASGTX5温补晶振（TCXO）解决方案可在15.0MHz至2.1GHz之间的任何载频下满足上述严格要求。然而，为了达到这一精度，该解决方案的RMS抖动稍差于相对应的三次泛音ClearClockTM方案。例如，该方案在156.25MHz载波上表现出小于350fs的典型RMS抖动。除了标准LVDS、LVPECL和HCSL之外，ASGTX5还提供CML差分输出格式。需要CML输出类型的系统应用必将从ASGTX5系列中受益。

显然，这些器件经过优化设计，可满足当今要求数据速率为10G、40G、100G、200G和400Gbps的精密应用的严格RMS抖动要求。Abracon长期致力于提供性能差异化的解决方案，特别是满足超低RMS抖动时钟要求，本白皮书中讨论的器件涵盖了所有流行封装选项和频率输出格式。对于工作电压为+3.3V，在156.25MHz载波上保证RMS抖动最大值为100fS的系统，AK5和AK7解决方案无疑是最佳选择。这些解决方案分别提供5.0x3.2mm和5.0x7.0mm封装。如果设计存在尺寸限制问题，AX3(3.2x2.5x1.0mm)或AK2(2.5x2.0x1.0mm)都是理想的选择，分别提供150fs和200fs的最大RMS抖动性能。AK2、AX3、AK5和AK7器件均可提供LVDS、LVPECL或HCSL业界标准输出格式。

ASGTX5系列采用5.0x3.2x1.8mmSMT封装，总体稳定度表现优于Stratum-IV所要求的±32ppm。即使采用内置温度补偿，该系列器件在156.25MHz载波上也表现出小于350fs的典型RMS抖动性能。此外，ASGTX5可提供全部四种标准差分输出格式（LVDS、HCSL、LVPECL或CML），可输出15MHz至2.1GHz之间的任何频率，其中格式为HCSL时最高输出频率可达700MHz。该系列非常适合对频率精度要求严格、高载波频率（例如1.00GHz）或CML差分输出的系统。