SiTime 硅晶振高性能时钟方案在5G中的应用

关于作者--SiTime样品中心

为了加速SiTime MEMS硅晶振产品的应用普及，让中国电子工程师能快速体验MEMS硅晶振的高稳定性、高可靠性、超小封装、超低功耗、超低抖动等更多优势，SiTime公司联合本土半导体分销商北京晶圆电子有限公司共同建立SiTime样品中心，为用户提供免费样品申请，小批量试产、现货应急、特价申请、技术支持等便捷服务，更多信息请访问www.sitimechina.com，客户服务热线400-888-2483。

一、什么是5G

5G是第五代移动通信技术（5th-Generation）的简称，是新一代的蜂窝移动通信技术，也是继4G、3G、2G系统之后的延伸，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节少能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备链接。

二、4G与5G核心网的区别

面向5G时代，预计随着流量陡增，4G核心网架构存在如下局限：

1）PGW存在潜在的流量瓶颈

在4G网络中，所有的数据面（用户面）流量都通过P-GW，这种集中式的架构尽管便于管理和维护，但受限于网络回传流量。

2）网络功能依赖于专用硬件

3）封闭的生态

为此，需对5G核心网架构进行重新设计：

1）控制面和用户面分离的分布式架构

分布式的用户面可解决海量数据流量带来的瓶颈，同时，集中化、简化的控制面可增强网络管理能力。

2）虚拟化的软件与硬件解耦

3）通过开放的架构/API引入创新服务

三、5G应用对时钟的要求

从4G到5G，与之前的技术迭代升级都大不相同。当然从4G到5G也不仅仅只是上网速度更快了这么简单。借用苹果的一句话说，那就是“Not than Faster”. 正是有了5G的出现，万物互联、工业4.0等才有望实现，这个世界也将真真正正的被改变。

但由于5G使用了频率更高，相应的波长也就更短的毫米波技术。速度是大大的提升了，但由于毫米波的覆盖距离更短，所以需要10倍以上的网络设备数量才能达到与之前4G相同的覆盖水平。

5G技术有如下三个因素，导致了我们对10倍以上的网络设备的需求：

1、更高的带宽：5G网络使用大量的MIMO和400G光传输技术，以支持10倍的移动下载速度及10000倍的流量。

2、云端：5G在基于云的基础设施（如：运营商级的以太网）上响应，以连接所有的设备，实现最大的带宽效率。

3、高密度：5G设备要部署在离最终用户更近的地方，所以会导致大量的设备被投放在不确定的环境因素中，如路边、屋顶、地下室、路灯、体育场、写字楼等地方。

如上因素，导致了5G网络对时钟的要求也比4G严格10倍以上。

5G的云化，需要端到端是时间精度控制在130ns的级别，以保证基础设施的5G连接。这个要求不仅比4G的1500ns精度严格10倍以上，而且要求使用符合IEEE 1588的精准时钟协议的时钟器件，如时钟同步器件、高精度TCXO（温补振荡器）和OCXO（恒温振荡器）产品。

除了时钟同步解决方案之外，5G还需要极低噪声和低抖动的时钟器件，以支持400G 光模块和Massive MIMO设备。

四、“Cascade”系列产品的优势

SiTime可提供完整的MEMS时钟解决方案，包括低抖动单端及差分振荡器、高精度TCXO、OCXO产品、时钟发生器、抖动消除时钟器件、同步时钟等相关产品。这些MEMS时钟解决方案相较于传统的石英器件，在对应使用环境的气流变化、温度变化、高温、振动以及电源的不稳定性带来的频率不稳定性，具有10倍优于石英产品的特性。

SiTime的“Cascade”系列产品包括时钟发生器、抖动消除器件、时钟同步产品等系列，可独立或与SiTime的Elite TCXO/OCXO、 MEMS振荡器等一起使用，可为5G网络中的所有设备提供全套的精准时钟方案。可广泛用于RRU、AAU、BBU、Massive MIMO、5G Small cells 等相关产品中。

五、“Cascade”系列产品介绍

“Cascade”系列产品一功能简介：

• 集成MEMS谐振器消除了石英相关的性能和可靠性问题

• 灵活的输入输出频率转换和抖动衰减，4个输入，多达11个输出

• 宽输出频率支持

• 8 kHz至2.1 GHz的差分输出

• 从8 kHz到250 MHz的LVCMOS输出

• 1 PPS（每秒脉冲数）输出

• 宽输入频率支持

• 从8 kHz到750 MHz的差分输入

• 从8 kHz到250 MHz的LVCMOS输入

• 可单独配置的输出格式和VDD电源

• LVPECL、CML、HCSL、LVDS或LVCMOS

• 1.8V、2.5V或3.3V

• 每个PLL的可编程抖动衰减带宽：1 mHz到4 kHz

• 同步、保持或自由运行运行模式

• 锁定到有间隙的时钟输入以支持OTN

• 切换准同步时钟的可编程频率斜坡

• 通过I2C或SPI的DCO模式，分辨率为0.005 ppb

• 可编程输出延迟控制

• 芯片状态监测指标：锁丢失、时钟丢失、频率漂移

• 工业标准64针9 x 9毫米封装