【应用】100G光模块高速率数据准确转换的时钟树解决方案
【摘要】100G光模块实现不同速率的变换转发对数据误码率提出了高要求。对此，Silcon labs推出的基于DSPLL及MultiSynth技术的“Si530+Si5326+Si5242”组合时钟树具有超低抖动性能，同时还可输出多路时钟，保证了100G光模块数据转换和数据发送的准确性。该时钟树还具有全面的功能、出色时钟指标性能、小体积、低功耗、易于使用等优点，更是满足了100G光模块对时钟芯片的苛刻要求。
随着物联网建设的全面推进，万物互联的时代呼之欲出。伴随而来的是数据膨胀对广域网、城域网等通讯干线的通讯速率提出了更高的要求。如此，促使了100G光模块等新型通讯器件的大面积应用。
图1：基于“DSPLL+MultiSynth”专利技术的时钟树在100G光模块中的应用
如图1所示为100G光模块结构，主要由Gearbox、TIA、DRIVER、Laser等器件组成，其中Gearbox可以实现10*10Gbps到4*25Gbps不同速率数据的变速转换。而不同数据传输速率的参考时钟完全不同，100G CFP的两种速率就存在161.1328125MHz和644.53125MHz两种同步时钟，如此高速率的转换对数据误码率要求较高，因此需要超低抖动的时钟芯片组成发端参考时钟，并且要求时钟与发送的数据保持完全同步。对此，在时钟领域深耕多年的SILICON LABS推出的基于DSPLL和MultiSynth专利技术的时钟树给出了解决方案。
DSPLL是什么？
Silicon Labs发明的DSPLL专利技术，是用集成数字信号处理（DSP）电路和超低抖动压控振荡器的单个IC替代多个离散锁相环（PLL）组件的标准技术，现在已开发至第四代。这种革命性的架构结合了模拟低相位噪声LC-VCO，数字PLL架构和尖端CMOS技术，提供的解决方案与传统级联PLL器件相比，集成度更高、封装更小、功耗更低、性能更强大。图2是基于DSPLL的时钟发生器。
图2：基于DSPLL技术的时钟发生器Si532
MultiSynth是什么？
MultiSynth是一个支持相位误差校正的低抖动小数分频器。使用这种专有技术的时钟发生器可以从单个器件产生多个非整数相关的输出时钟，从而无需独立的晶体振荡器和时钟发生器IC。Silicon Labs的MultiSynth技术简化了通信，存储和广播视频等应用中的时钟生成。图3是基于“DSPLL技术+MultiSynth技术”的时钟发生器Si534x。
图3：基于“DSPLL技术+MultiSynth技术”的时钟发生器Si534x
时钟树是什么？
时钟树就是可以满足系统所需的多个时钟频率及性能要求的时钟电路及其组成的时钟芯片。Silicon Labs时钟树，基于DSPLL及MultiSynth技术可以在一颗芯片上同时输出多路不同的时钟。
基于Silicon Labs的时钟树技术，时钟芯片可生成不同的频率的输出。除了频率之外，还可产生差分或单端输出，消除外部时钟分散缓冲器的需要。每一输出时钟还能根据供应电压（1.5V, 1.8V, 2.5V, 3.3V）和信号格式 （LVPECL, LVDS, CMOS, HCSL, SSTL, HSTL）各自配置，不需外部电平转换器（level translator），降低了材料成本和复杂度。
图1红色虚线框中部分是一个典型的时钟树（Si530+Si5326+Si5342）在100G光模块中的应用。由Si530生成一路参考时钟输出给后级，Si5326则作为时钟发生器，生成多路时钟，满足多个设备的时钟需求。Si5342主要用于用于发射器和接收器时钟的超高性能抖动衰减PLL。
在该时钟电路中Si530可实现10MHz～945MHz任意频率输出（频率高达1.4GHz），输出时钟格式多样（LVPECL、CMOS、LVDS、CML等格式可选），可满足不同设计需求。任意频率时钟发生器Si5326可实现2KHz～945MHz任意频率输出（频率高达1.4GHz），输出频率抖动低（低至0.3ps RMS），采用I2C、SPI控制，设计灵活。超低抖动衰减器Si5342可实现任意频率、任意输出的抖动衰减（抖动衰减带宽从0.1HZ~4KHz可编程，抖动低至90fs RMS）。
如此，由Si530+Si5326+Si5342组成的时钟树即可保证时钟芯片的超低抖动性能，同时还可输出多路时钟，保证了100G光模块数据转换和数据发送的准确性。
时钟树的具体参数特性如下：
1） 一流的集成度
• DSPLL+MultiSynth结构，可轻松地实现任意频率及多路时钟输出功能，大大地简化了时钟系统的设计
• 同VCSOs相比，尺寸小了约40%，功耗低了40%
2）电信级别的性能
• 高频率、但超低相噪声
• 久经考验，可靠的DSPLL技术
• 快速、高精度、数字可调的的DCO模式：0.001ppb分辨率，1MHz SPI更新速率
3）简单、易于使用
• 避免设计复杂的离散PLL
• PCB布线简单
• 专用的ClockBuilder Pro 工具软件，使用GUI方式，使得建立时钟树时，简单、方便
综上所述，包括Si530、Si5326、Si5342等时钟在内的时钟产品构成的时钟树，以其全面的功能、出色时钟指标性能、小体积、低功耗、易于使用等一系列的优点，很好低满足了100G光模块产品对时钟频率的苛刻要求。
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