SiTime 硅晶振高性能時鐘方案在5G中的應(yīng)用

關(guān)于作者--SiTime樣品中心

為了加速SiTime MEMS硅晶振產(chǎn)品的應(yīng)用普及，讓中國電子工程師能快速體驗MEMS硅晶振的高穩(wěn)定性、高可靠性、超小封裝、超低功耗、超低抖動等更多優(yōu)勢，SiTime公司聯(lián)合本土半導(dǎo)體分銷商北京晶圓電子有限公司共同建立SiTime樣品中心，為用戶提供免費樣品申請，小批量試產(chǎn)、現(xiàn)貨應(yīng)急、特價申請、技術(shù)支持等便捷服務(wù)，更多信息請訪問www.sitimechina.com，客戶服務(wù)熱線400-888-2483。

一、什么是5G

5G是第五代移動通信技術(shù)（5th-Generation）的簡稱，是新一代的蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼4G、3G、2G系統(tǒng)之后的延伸，5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)少能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備鏈接。

二、4G與5G核心網(wǎng)的區(qū)別

面向5G時代，預(yù)計隨著流量陡增，4G核心網(wǎng)架構(gòu)存在如下局限：

1）PGW存在潛在的流量瓶頸

在4G網(wǎng)絡(luò)中，所有的數(shù)據(jù)面（用戶面）流量都通過P-GW，這種集中式的架構(gòu)盡管便于管理和維護，但受限于網(wǎng)絡(luò)回傳流量。

2）網(wǎng)絡(luò)功能依賴于專用硬件

3）封閉的生態(tài)

為此，需對5G核心網(wǎng)架構(gòu)進行重新設(shè)計：

1）控制面和用戶面分離的分布式架構(gòu)

分布式的用戶面可解決海量數(shù)據(jù)流量帶來的瓶頸，同時，集中化、簡化的控制面可增強網(wǎng)絡(luò)管理能力。

2）虛擬化的軟件與硬件解耦

3）通過開放的架構(gòu)/API引入創(chuàng)新服務(wù)

三、5G應(yīng)用對時鐘的要求

從4G到5G，與之前的技術(shù)迭代升級都大不相同。當(dāng)然從4G到5G也不僅僅只是上網(wǎng)速度更快了這么簡單。借用蘋果的一句話說，那就是“Not than Faster”. 正是有了5G的出現(xiàn)，萬物互聯(lián)、工業(yè)4.0等才有望實現(xiàn)，這個世界也將真真正正的被改變。

但由于5G使用了頻率更高，相應(yīng)的波長也就更短的毫米波技術(shù)。速度是大大的提升了，但由于毫米波的覆蓋距離更短，所以需要10倍以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量才能達到與之前4G相同的覆蓋水平。

5G技術(shù)有如下三個因素，導(dǎo)致了我們對10倍以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求：

1、更高的帶寬：5G網(wǎng)絡(luò)使用大量的MIMO和400G光傳輸技術(shù)，以支持10倍的移動下載速度及10000倍的流量。

2、云端：5G在基于云的基礎(chǔ)設(shè)施（如：運營商級的以太網(wǎng)）上響應(yīng)，以連接所有的設(shè)備，實現(xiàn)最大的帶寬效率。

3、高密度：5G設(shè)備要部署在離最終用戶更近的地方，所以會導(dǎo)致大量的設(shè)備被投放在不確定的環(huán)境因素中，如路邊、屋頂、地下室、路燈、體育場、寫字樓等地方。

如上因素，導(dǎo)致了5G網(wǎng)絡(luò)對時鐘的要求也比4G嚴(yán)格10倍以上。

5G的云化，需要端到端是時間精度控制在130ns的級別，以保證基礎(chǔ)設(shè)施的5G連接。這個要求不僅比4G的1500ns精度嚴(yán)格10倍以上，而且要求使用符合IEEE 1588的精準(zhǔn)時鐘協(xié)議的時鐘器件，如時鐘同步器件、高精度TCXO（溫補振蕩器）和OCXO（恒溫振蕩器）產(chǎn)品。

除了時鐘同步解決方案之外，5G還需要極低噪聲和低抖動的時鐘器件，以支持400G 光模塊和Massive MIMO設(shè)備。

四、“Cascade”系列產(chǎn)品的優(yōu)勢

SiTime可提供完整的MEMS時鐘解決方案，包括低抖動單端及差分振蕩器、高精度TCXO、OCXO產(chǎn)品、時鐘發(fā)生器、抖動消除時鐘器件、同步時鐘等相關(guān)產(chǎn)品。這些MEMS時鐘解決方案相較于傳統(tǒng)的石英器件，在對應(yīng)使用環(huán)境的氣流變化、溫度變化、高溫、振動以及電源的不穩(wěn)定性帶來的頻率不穩(wěn)定性，具有10倍優(yōu)于石英產(chǎn)品的特性。

SiTime的“Cascade”系列產(chǎn)品包括時鐘發(fā)生器、抖動消除器件、時鐘同步產(chǎn)品等系列，可獨立或與SiTime的Elite TCXO/OCXO、 MEMS振蕩器等一起使用，可為5G網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備提供全套的精準(zhǔn)時鐘方案。可廣泛用于RRU、AAU、BBU、Massive MIMO、5G Small cells 等相關(guān)產(chǎn)品中。

五、“Cascade”系列產(chǎn)品介紹

“Cascade”系列產(chǎn)品一功能簡介：

• 集成MEMS諧振器消除了石英相關(guān)的性能和可靠性問題

• 靈活的輸入輸出頻率轉(zhuǎn)換和抖動衰減，4個輸入，多達11個輸出

• 寬輸出頻率支持

• 8 kHz至2.1 GHz的差分輸出

• 從8 kHz到250 MHz的LVCMOS輸出

• 1 PPS（每秒脈沖數(shù)）輸出

• 寬輸入頻率支持

• 從8 kHz到750 MHz的差分輸入

• 從8 kHz到250 MHz的LVCMOS輸入

• 可單獨配置的輸出格式和VDD電源

• LVPECL、CML、HCSL、LVDS或LVCMOS

• 1.8V、2.5V或3.3V

• 每個PLL的可編程抖動衰減帶寬：1 mHz到4 kHz

• 同步、保持或自由運行運行模式

• 鎖定到有間隙的時鐘輸入以支持OTN

• 切換準(zhǔn)同步時鐘的可編程頻率斜坡

• 通過I2C或SPI的DCO模式，分辨率為0.005 ppb

• 可編程輸出延遲控制

• 芯片狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)：鎖丟失、時鐘丟失、頻率漂移

• 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)64針9 x 9毫米封裝