Abracon艾博康AK3APAF1-156.2500T超低均方根抖动XOs性能研究

随着时间的推移，系统时钟抖动要求变得越来越严格。大多数要求在156.25MHz载波下，12kHz至20MHz带宽上的最大RMS抖动上限为200fs。Abracon认识到市场对超低均方根抖动时钟解决方案的需求不断增长，因此继续寻求提高其解决方案的性能特性，同时减少形状因素。
设计156.25MHz时钟振荡器有四种基本方法：
A.使用倒置台面石英坯料作为谐振元件的石英晶体振荡器
B.使用第三泛音石英坯料作为谐振元件的石英晶体振荡器
C.基于低于50MHz的第三泛音/基模石英坯料的振荡器环路或与整数或分数模锁相环[PLL]IC匹配的低于50MHz温度补偿晶体振荡器
D.与整数或分数模锁相环（PLL）IC匹配的基于低于50MHz MEMS谐振器的振荡器环路
选项A既没有产生最佳RMS抖动性能，也不是成本最低的解决方案。MEMS谐振器方法[选项D]不满足200fs最大RMS抖动的主要性能标准。方案B采用优化设计的三泛音石英坯料，考虑到电极的几何形状和切割角度的优化，从而在成本、性能和尺寸方面实现最佳收敛
Abracon贴片晶振AK2、AX3、AK5和AK7 ClearClock™ 晶体振荡器（XO）解决方案采用三次谐波、高Q石英坯料设计，使用特定的切割角度，以满足在-40的扩展工作温度范围内严格的频率稳定性要求?C至+85?C.这些解决方案提供了卓越的RMS抖动性能，主要超过了系统级别的要求。
此外，Abracon研究、分析、设计并生产了ASGTX5系列温度补偿晶体振荡器（TCXO）器件，利用选项C来满足Stratum IV架构的超温和长期稳定性要求。
第三Overtone ClearClock™ XO系列
ClearClock™ 晶体振荡器系列特别适用于光学收发器和数据中心架构，这些架构主要采用具有卓越相位噪声和RMS抖动性能的156.25MHz本地振荡器作为10G、40G、100G和即将推出的400G系统的系统时钟。
Abracon最近推出了其AK2系列ClearClock™ 振荡器，有源晶振安装在尺寸仅为2.5x2.0x1.0mm的微型陶瓷封装中。随着AK2系列加入ClearClock™ Abracon现在提供全系列卓越的抖动性能石英振荡器解决方案，采用行业标准5.0x7.0、5.0x3.2、3.0x2.5和2.5x2.0mm封装尺寸。见表1。

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单边带相位噪声特性和相关RMS抖动提供了ClearClock™ 家族的关键性能优势。在图5中，在所有可用的Vdd电平下，差分晶振LVPECL和LVDS输出格式概述了典型的AK2[2.5x2.0x1.0mm]相位噪声性能。

图6总结了具有LVPECL和LVDS输出格式的AX3[3.2x2.5x1.0mm]设备在所有可用Vdd电平下的典型相位噪声性能。

图7总结了具有LVPECL和LVDS输出格式的AK5[5.0 x 3.2 x 1.3 mm]设备在所有可用Vdd电平下的典型相位噪声性能。

图8总结了具有LVPECL和LVDS输出格式的AK7[5.0 x 7.0 x 1.8 mm]设备在所有可用Vdd电平下的典型相位噪声性能。

Abracon艾博康AK3APAF1-156.2500T超低均方根抖动XOs性能研究

表2总结了ClearClock中四种主要产品的典型RMS抖动性能™ 家庭在156.25MHz载波。如下文所示，该系列设备经过优化设计，可满足当今光学收发器、数据中心、仪器应用和其他需要10、40、100、200和400Gbps数据速率的精密垂直领域具有挑战性的RMS抖动要求。

AK2、AX3、AK5和AK7解决方案提供卓越的RMS抖动性能，远低于200fs的典型系统级最大要求。对于需要保证最大100fs RMS抖动性能的系统，当偏置在+3.3V时，AK5和AK7解决方案都通过LVDS或LVPECL输出格式满足这一要求。

ASGTX5 TCXO系列

除了标准频率[非工厂可配置]ClearClock™解决方案外，Abracon还开发了ASGTX5系列，以满足Stratum IV计时系统的要求，该系统具有最大±32ppm的全面总稳定性要求。该要求包括初始设定公差、通过回流的偏移、频率拉和推、频率稳定性超过-40?C至+85?C、 和长期老化（20年）。
ASGTX5温度补偿晶体振荡器（TCXO）解决方案在15.0MHz和2.1GHz之间的任何载波频率下都能满足这一严格要求。然而，为了实现这一精度，该解决方案的RMS抖动比其第三泛音ClearClock™对应方案略差。例如，它在156.25MHz载波上表现出<350fs的典型RMS抖动。
除了标准差分晶振LVDS、LVPECL和HCSL产品外，ASGTX5还提供CML差分输出格式。需要CML输出类型的系统体系结构当然可以从ASGTX5系列中受益。

尽管规定的最大保证误差为±3.0 ppm，超过-40?C至+85?C、 ASGTX5器件在这个扩展的工作温度范围内通常保持优于±1.0ppm的精度。下图9概述了ASGTX5器件在156.25MHz载波下的稳定性和温度性能。

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图10总结了具有LVPECL和LVDS输出格式的ASGTX5 TCXO[5.0 x 3.2 x 1.5 mm]设备在所有可用Vdd电平下的典型相位噪声性能。

尽管ASGTX5是一种温度补偿解决方案，但Abracon已经制定了特定的设计技术来保持卓越的RMS抖动性能，如下表4所示。

汇总表
表5回顾了本白皮书中讨论的Abracon解决方案的RMS抖动性能特征

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显而易见，这些设备经过优化设计，可满足当今需要10、40、100、200和400Gbps数据速率的精密应用中具有挑战性的RMS抖动要求。

为了延续Abracon提供性能差异化解决方案的长期战略，特别是解决超低RMS抖动时钟要求，本白皮书中讨论的设备涵盖了所有流行的封装选项和RF输出格式。

AK5和AK7解决方案对于在+3.3V偏置时在156.25MHz载波上需要最大100fs的保证RMS抖动的系统来说是最优的。这些解决方案分别有5.0x3.2mm和5.0x7.0mm两种包装。如果设计具有不动产挑战，那么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。石英晶振AK2、AX3、AK5和AK7设备都有LVDS、LVPECL或HCSL的标准工业输出格式。

ASGTX5系列有5.0x3.2x1.8mm SMT封装，超过了Stratum IV的±32ppm全包稳定性要求。即使有内置的温度补偿，这一系列设备在156.25MHz载波上也表现出典型的RMS抖动性能<350fs。此外，ASGTX5有四种标准差分输出格式（LVDS、LVPECL或CML），载波频率在15MHz和2.1GHz之间，HCSL格式最高可达700MHz。该系列非常适合需要严格频率精度、高载波频率[如1.00GHz]或CML差分输出的系统。