Gesteuerte Oszillatoren mit hoher Stabilität bieten die Möglichkeit, eine Frequenz mit sehr guter Auflösung einzustellen, und zwar bevorzugt in den Applikationen Synchronisa- tion, Jitter-Cleaning und Taktrückgewinnung in digitalen Kommunikationssystemen hoher Performance. Die populärsten gesteuerten Oszillatoren hoher Stabilität sind spannungsgesteuerte und digital gesteuerte XOs.
Beide Oszillatortypen finden ihre bevorzugte Verwendung in Digitalkommunikationsanlagen mit PLLs (Phased Lock Loop), die nur in einem kleinen Frequenzbereich mit enger Bandbreite (
DCXO/VCXO-Leistungsvergleich
Die beiden Oszillatortypen unterscheiden sich in einigen Parametern: Frequenzabweichung (Pull Range – PR in ppm), Verstärkung, Linearität und «close-in»-Phasenrauschen. Quarze mit einem geringen Gütefaktor Q sind mehr «ziehbar», aber auf Kosten der Frequenzstabilität. Designer müssen sich also zwischen minimalem PR und geforderter Frequenzstabilität entscheiden. Typische Werte zeigt der Applikationsbericht. Der absolute Pull Range (APR) ist der garantierte steuerbare Frequenzbereich um die Nominalfrequenz, bezogen auf alle Umgebungs- und Alterungskonditionen. Auch zu diesem Punkt liefert der Bericht weitere wichtige Einzelheiten.
Verstärkung und Linearität
Die Nichtlinearität der quarzbasierenden VCXOs wird durch die nichtlinearen Eigenschaften eines Kristallresonators und die On-Chip-Varaktordioden verursacht. Die Varaktordioden variieren die Lastkapazität des Quarzresonators. Im Gegensatz zu den üblichen quarzbasierenden VCXOs bieten die DCXOs eine hohe Linearität, die unabhängig vom gewählten APR ist. Detaillierte Einzelheiten zu diesem Themenbereich findet man im Applikationsbericht am Ende dieses Textes (Bild 2).
Phasenrauschen
Für Oszillatoren ist das Phasenrauschen ein besonders wichtiger Performance-Parameter. Im Falle der quarzbasierten VCXOs machen die Hersteller zwischen Phasenrauschen und PR (Pull Range) einen Kompromiss. Um einen höheren PR zu erreichen, wird ein mehr «verschiebbarer» Quarzkristall verwendet, aber auf Kosten eines geringeren Q-Faktors und mit höherem Phasenrauschen.
Die DCXO-Serie SiT39xx zeigt nicht diese Einschränkungen. Ein Designer kann irgendeinen der Pull-Bereiche von ±25 bis ±1600 ppm auswählen, ohne die Per- formance des Phasenrauschens zu beeinträchtigen.
1-Draht-Programmier-Interface
Die Serie SiT39xx verwendet ein proprietäres, serielles 1-Draht-Interface mit drei Zuständen (Bild 3), das sich mit nur wenigen Systemressourcen implementieren lässt. Der Applika-tionsbericht beschreibt die Implementierung in allen notwendigen Einzelheiten.
Interface mit MCU/FPGA
Die MCU-Implementierung ist als Open-Source- native-C-API-Funktion organisiert und unterstützt simultane Verbindungen mit bis zu 16 SiTime-Komponenten bei einer Bitrate von 1 MBit/s. Dieses API lässt sich problemlos in jede Firmware einer 8-, 16- oder 32-Bit-MCU integrieren. Für ein FPGA-Interface liefert das Unternehmen HDL-Code für die Implementierung eines Master- oder Sender-Interface auf einem Xilinx-FPGA. Der Beispielscode ist so verfasst, dass er auf andere FPGA-Plattformen portierbar ist.
Weitere Themen des Applikationsberichts sind die Frequenzsteuerung, das Format des Datenrahmens, die zwei Operationsmodi und die Konfiguration des Bauteils SiT39xx in allen Einzelheiten.
Applikationsbericht: 07_15.54.pdf
Infoservice
SiTime Corporation
990 Almanor Avenue, Sunnyvale, CA 94085, USA
Tel. 001 408 328 44 00, Fax 001 408 328 44 39 www.sitime.com
