Ultra-Low Phase Jitter XO by High Frequency Fundamental Crystal

高頻基本波石英晶體振盪器 ( High Frequency Fundamental Crystal Oscillator )

 

傳統石英晶體振盪器會隨著輸出時脈頻率信號增高時,其內部所搭載AT-Cut石英晶體厚度需要透過研磨或蝕刻,將石英晶體共振區透過薄型化製程處理,隨著日新愈益各種高速資料串流信號所需特定高頻時脈信號源,所對應的石英晶體持續使用傳統機械加工製程愈漸困難。

石英晶體厚度控制和其振盪頻率間關係,請參考 (圖一)。高頻基本波石英晶體透過反向蝕刻技術處理 (Inverted MESA),使石英晶體能夠達成基本波振盪模式的高頻輸出,它不會因為石英晶體因傳統高頻薄型化製程,犧牲了石英晶體元件的抗振強度。 

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                                                   (圖一)

 

高頻基本波 (HFF) 振盪優勢:石英晶體元件採用基本波設計,高頻基本波晶體振盪電路穩定性非常高,且可有效抑制相位噪音或是抖動特性 (圖二),提高了高速數據傳輸下封包資料的穩定性。

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                                          (圖二)

一. 高頻基本波 (High Frequency Fundamental) 技術

 

石英晶體設計厚度決定輸出頻率高、低,當輸出頻率越高時石英晶體厚度越薄,但受限機械加工困難度(晶體厚度越薄越容易於組裝或是零件落下時破裂)設計時會利用石英振盪三倍頻模式或特定基數倍頻特性 (圖三),取得高頻振盪信號輸出設計方式。

考量產品耐用性和低相位抖動特性,愛普生研發高頻基本波振盪器相關製程技術,以石英晶體振盪信號頻譜中的主振基頻,為信號源進行放大,同時採用反向蝕刻製造技術 (圖一),透過蝕刻將石英晶體元件振盪區進行厚度薄化加工,使晶體特定振盪區厚度控制達到輸出頻率,如此實現高頻基本波元件設計和製造。

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(圖三)

 

二. 高頻基本波石英晶體特性和先天優勢

 

1.       高頻基本波 (High Frequency Fundamental) 石英晶體設計採用基本波,相較於採用三倍頻 (3rd Over-Tone )振盪波,其石英晶體等效串連電阻 (Equivalent Serial Resistance) 亦約相差三倍,所以,高頻基本波元件設計的振盪信號相較使用三倍頻振盪波,其振盪裕度 ( Negative R ) 設計更優異,振盪器信賴度也更佳。

2.       愛普生石英晶體電極面採用鍍金(Au)原料設計製造,大幅提高晶振零件穩定性和降低經年頻率老化問題。

3.       高頻基本波信號振盪器,相較其它採用PLL電路的高頻振盪器,可以大幅降低信號中諧振波衍生的問題。

        圖4.png

 

4.       推出多款高頻基本波振盪器,控制IC內部已設計LDO,有效降低電源雜訊所造成信號抖動問題 (PSNR)

5.       實現超低相位噪音、信號抖動,方便高速信號系統設計人員,能夠有更多電路設計裕度。

                圖5.png

    ( : SG3225EEN or SG2520EGN 156.250000MHz抖動值 < 70fSec. max. )

 

三. 主要差動式外部參考電路設計和輸出信號

 

1.       LV-PECL

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2.       LVDS

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 3.       HCSL

  圖8.png

 四. 相關搭載高頻基本波石英晶體振盪器產品圖和參考資料

                                              圖9.jpg                                               圖10.jpg

SG2520VGN, SG2520VHN ( 2.5x2.0mm LVDS )        SG3225VEN ( 3.2x2.5mm LVDS )

SG2520EGN, SG2520EHN ( 2.5x2.0mm LVPECL )           SG3225EEN ( 3.2x2.5mm LVPECL )

   光通訊PAM4 or 400ZR模組用                                 100G ~ 400G交換器、PCI-e Gen. 5

 

E-Series Differential Oscillator : https://support.epson.biz/td/api/doc_check.php?dl=brief_SG3225EEN&lang=en

F-Series Voltage Controlled Oscillator : https://support.epson.biz/td/api/doc_check.php?dl=brief_VG7050EFN&lang=en

G-Series Differential Oscillator : https://support.epson.biz/td/api/doc_check.php?dl=brief_SG2520EGN&lang=en

H-Series Differential Oscillator : https://support.epson.biz/td/api/doc_check.php?dl=brief_SG2520VHN&lang=en

Programmable Voltage Controlled Oscillator : https://support.epson.biz/td/api/doc_check.php?dl=brief_VG7050ECN&lang=en
2021-05-28