Was Sie über Phasenrauschen und Jitter für Hochgeschwindigkeitssysteme wissen müssen
Systeme werden schneller.
Sie müssen.
Die rasante Zunahme der Breitband-Internetnutzer und die zunehmende Nutzung bandbreitenintensiver Anwendungen stellen höhere Anforderungen an Rechenzentren. Die aufstrebende Branche der selbstfahrenden Autos erfordert eine schnelle Vernetzung im Fahrzeug. Dies sind nur einige Beispiele für steigende Anforderungen an den Datendurchsatz.
Warum Spezifikationen für Phasenrauschen und Jitter wichtig sind
Das Timing spielt in diesen Hochgeschwindigkeitssystemen eine entscheidende Rolle, und Phasenrauschen und Jitter (sein Gegenstück im Zeitbereich) sind wichtige Oszillatorspezifikationen. Phasenrauschen und Jitter wirken sich direkt auf die Systemleistung aus und beeinflussen Parameter wie das Bitfehlerverhältnis (BER) in seriellen Datensystemen. Für drahtlose und GPS-Anwendungen gelten strenge Anforderungen an Phasenrauschen im Nahbereich ( 10 kHz Offset), während für serielle Kommunikationsanwendungen wie die in der folgenden Tabelle aufgeführten Anwendungen Spezifikationen für RMS-Phasenjitter gelten.
Hinweis 1: SONET trennt DJ (deterministischer Jitter) und RJ (zufälliger Jitter) nicht. Angenommen, der gesamte Jitter ist RJ.
Diese Tabelle zeigt mehrere serielle Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsprotokolle zusammen mit ihren Leitungsraten und typischen Referenztaktfrequenzen. Außerdem werden die System-Jitter-Budgets und der integrierte Phasen-Jitter für SiTime MEMS-Oszillatoren über den Integrationsbereich für den Standard angezeigt. Diese System-Jitter-Budgetzahlen und Integrationsbereiche basieren auf geltenden Standards wie IEEE 802.3 für Ethernet . Der in den geltenden Standards angegebene Referenztakt-Jitter ist in der Regel ein Richtwert. Als Faustregel gilt, dass der Uhr 1/3 bis 1/5 des gesamten System-Jitter-Budgets zugewiesen wird. Allerdings legen die Switch-/PHY-Chip-Anbieter den letzten Parameter auf Taktjitter fest.
Die Jitter-Leistung der MEMS-Oszillatoren von SiTime hat sich in den letzten 10 Jahren dramatisch verbessert und ermöglicht robuste Timing-Lösungen, die viel Spielraum innerhalb des Jitter-Budgets bieten. Beispielsweise umfasst eine Implementierung von 100 GbE (siehe Tabelle oben) 4 Kanäle oder Spuren mit 25,78125 Gbit/s Datenübertragung für eine Gesamtbandbreite von 103,125 Gbit/s. Das Jitter-Budget des Systems beträgt 0,2 ps RMS. Der Elite Platform™ SiT936x-Oszillator unterstützt diese Anwendung mit einem Jitter von 0,061 ps, der deutlich unter dem Systembudget über den Integrationsbereich von 10 MHz bis 40 MHz liegt.
Die Elite-Plattform-Oszillatoren von SiTime
Die Elite-Plattform-Oszillatoren von SiTime verwenden einen DualMEMS™-Resonator in Kombination mit einem hochoptimierten spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) und einem rauscharmen, hochauflösenden TDC, um diese Phasenrauschleistung zu erreichen. Das folgende Diagramm zeigt Messdaten eines Elite Platform SiT9356-Oszillators mit integriertem Phasenjitter (IPJ) von nur 233 Femtosekunden (fs) RMS , integriert von 12 kHz bis 20 MHz .
Der integrierte Phasenjitter (IPJ) der Elite-Plattform-Oszillatoren ist deutlich geringer als das Systembudget von Hochgeschwindigkeitsanwendungen für die serielle Datenkommunikation. Darüber hinaus bleibt die Leistung der Elite-Oszillatoren in drahtlosen und seriellen Datensystemen erhalten , die häufigen Umwelteinflüssen wie Stößen, Vibrationen, schnellen Temperaturschwankungen und lauten Netzteilen ausgesetzt sind. Die Immunität gegenüber diesen realen Bedingungen verbessert die Leistung und verhindert den Verlust von Kommunikationsverbindungen.
Das folgende Diagramm zeigt das Phasenrauschen eines MEMS- SiT9365-Oszillators im Vergleich zu den besten Quarzoszillatoren seiner Klasse, wenn er Vibrationen ausgesetzt ist. Die zufällige Vibrationsstärke betrug 7,5 g quadratischer Mittelwert (RMS) über ein Frequenzband von 15 Hz bis 2 kHz.
Der SiT9365-Oszillator weist in diesem Schwingungsfrequenzband ein etwa zehnmal geringeres Phasenrauschen auf. Dies ist ein erheblicher Vorteil für Kommunikationssysteme, die in der Nähe von Bahnhöfen, U-Bahn-Stationen, Flughäfen und vielen anderen Orten eingesetzt werden, an denen Vibrationen auftreten.
Verrauschte Netzteile können in Hochgeschwindigkeitssystemen eine weitere Quelle für Jitter sein. Rauschen im Netzteil ist häufig mit dem Ausgang gekoppelt, was die Leistung erheblich beeinträchtigen kann. Das folgende Diagramm zeigt die Rauschempfindlichkeit der Stromversorgung mehrerer Differentialoszillatoren, gemessen in der Einheit ps/mV. Niedrigere Zahlen bedeuten eine bessere Leistung. Bei diesem Test wird eine 50-mV-Sinuswelle wechselstrommäßig an den Spannungsversorgungspin gekoppelt und der aus dieser 50-mV-Sinuswelle resultierende Jitter wird am Taktausgang gemessen.
Die Leistung des SiT9365-Oszillators ist zwei- bis dreimal besser als die der anderen Quarzgeräte. Um Netzteilrauschen zu filtern, verfügen SiTime-Oszillatoren über mehrere integrierte Netzteilregler auf dem Chip und verfügen über bis zu zwei Stufen der Spannungsregelung.
Welche weiteren Infos?
Laden Sie unser technisches Dokument herunter, um mehr über dieDualMEMS-Temperatursensortechnologie der Elite-Plattformarchitektur zu erfahren. Oder lesen Sie unseren Anwendungshinweis „Taktjitter-Definitionen und Messmethoden“. Hier finden Sie Informationen zu den häufigsten Arten von Jitter, die in Hochgeschwindigkeitssystemen auftreten, sowie Richtlinien zur optimalen Messung von Jitter.