CC BY
108Синхронизация телекоммуникаций от Semtech,
аппаратное обеспечение
Александр КАЛЯКА
info@icquest.ru
Известно, что на качество связи в современном телекоммуникационном оборудовании влияет качество устройств синхронизации. Такая взаимосвязь все больше проявляется при увеличении скоростей и объемов передаваемой информации. Поэтому при решении задачи разработки генераторного оборудования для синхронизации телекоммуникаций приходится решать задачу правильного выбора элементной базы.
Введение
Генераторное оборудование современных телекоммуникаций представляет собой сложный комплекс как аппаратных, так и программных решений. В этой бурно развивающейся области техники сконцентрированы передовые технические решения в области полупроводниковых технологий и высокостабильных кварцевых и квантовых задающих генераторов.
Современное генераторное оборудование строится по двум схемам: встроенное и выделенное оборудование. Встроенное обору-
дование, как правило, встраивается локально и решает задачи синхронизации оборудования, к которому не предъявляются высокие требования к стабильности частоты и надежности. Это могут быть встраиваемые линейные карты коммутации с интегрируемым генераторным модулем или даже отдельная карта генератора.
Выделенное генераторное оборудование — это, как правило, сложный комплекс, состоящий из большого количества различных ТЭЗ (типовых элементов замены) выполняющих функцию приема, селекции, перепривязки к внутренним высокостабильным генерато-
рам входных синхрочастот и их размножения. В данном оборудовании решаются задачи получения высокостабильных и высокоточных тактовых сигналов с использованием ультра-прецизионных кварцевых и рубидиевых задающих генераторов. В настоящее время разрабатываемое отечественными производителями генераторное оборудование, как правило, строится по схеме встроенного оборудования. Тут есть свои, в основном экономические предпосылки, так как данное оборудование получается дешевым при удовлетворительных технических характеристиках. Выделенное генераторное оборудование на рынке представлено исключительно иностранными производителями, такими как Symmetricom, Oscilloquartz, Tekelec Systemes, Gillam-FEI, FEI-Zyfer Inc., Timing Solutions Corp. и называется Syncronization Supply Unit — блок источников синхронизации (сокращенно SSU).
Разрабатывая собственное генераторное оборудование, необходимо руководствоваться тем, какими техническими и эксплуатационными характеристиками будет оно обладать, и как его характеристики будут влиять на качество предоставляемых услуг связи современного телекоммуникационного оборудования. Здесь зависимость может быть только одна — чем выше требования к качеству предоставляемых услуг связи, тем выше должны быть требования к качеству оборудования синхронизации.
Обзор спектра продукции Advanced Communications компании Semtech
Продукция раздела Advanced Communications от Semtech насчитывает около десяти моделей микросхем различного технического уровня и назначения (табл. 1.1, 1.2).
Охарактеризуем кратко эти микросхемы. Для синхронизации небольших, например,
Таблица 1.1
ACS8518 ACS8525 ACS8526 ACS8527
Автоматическое переключение опорных синхрочастот • •
Совместимость SONET/SDH
Защита от скачков фазы при переключении опорных синхрочастот
Режим «удержания» частоты встречной станции • •
Режим управления микросхемы под управлением внешнего управляющего устройства •
Мониторинг(контроль)частоты
Активизация мониторинга частоты • •
Индикатор потери синхронизма • •
Возвратный или невозвратный режим переходов между хронирующими синхрочастотами •
Подстройка фазы выходных частот
Измерение фазы
Таблица 1.2
ACS8510 ACS8520 ACS8522 ACS8530
Автоматическое переключение опорных синхрочастот • • •
Аппаратное переключение режимов Ведущий/Ведомый •
Соответствие международным стандартам Stratum 3 SONET/SDH • • •
Соответствие международным стандартам Stratum 3E
Защита от скачков фазы при переключении опорных синхрочастот • • •
Система корректировки накопления фазовой ошибки при переключении между хронирующими синхросигналами
Точность режима «удержания» определяется параметрами генераторов, выполненых по технологиям TCXO, OCXO • • •
Режим управления совместим с 8-битной микропроцессорной шиной • •
Мониторинг(контроль)частоты • • •
Активизация мониторинга частоты • • •
Индикатор потери синхронизма • • •
Возвратный или невозвратный режим переходов между хронирующими синхрочастотами • • •
Подстройка фазы выходных частот • •
Измерение фазы • •
Таблица 2. Сравнительные характеристики микросхем синхронизации
Параметр Zarlink MT90401 Zarlink ZL30402 Semtech ACS8530 Semtech ACS8520 Semtech ACS8522
Широкополосный режим 1,3—6,5 нс* 1,1—6,5 нс* 500 пс* 500 пс* 500 пс*
Джиттер 500 Гц-1,3 МГц 1,13-5,2 нс* 0,93—1,78 нс* 758 пс* 758 пс* 758 пс*
65 кГц-1,3 МГц 0,85—5 нс* 0,82—1,3 нс* 418 пс* 418 пс* 418 пс*
Кол-во подключаемых хронов 2 14 14 4
Поддержка Stratum 3/3E 3 3, 3E 3
Автоматический выбор хрона с учетом приоритета нет нет да да да
Поддержка режима «Ведущий-ведомый» нет нет да да да
Контроль фазовых скачков нет да да да да
Дополнительные возможности 5 регистров, аппаратное управление 17 регистров, аппаратное управление 116 регистров, сотни параметров, программное управление 94 регистра, сотни параметров, программное управление 116 регистров, сотни параметров, программное управление
* — пиковое значение
офисных станций оптимальным решением будет использование микросхем ACS8515, ACS8525-ACS8527. Оборудование синхронизации с использованием этих микросхем оправдано реализовывать в виде встраиваемых в оборудование коммутации карт ТЭЗ (типовых элементов замены) или интегрированных в карты коммутации локальных устройств синхронизации. Это позволит реализовать так называемое распределенное генераторное оборудование. При построении оконечных и транзитных станций (или опорно-транзитных) наиболее удачным решением задачи синхронизации оборудования, бесспорно, будет применение микросхем ACS8510, ACS8520, ACS8522 и ACS8530.
При решении задач обеспечения тактовой синхронизацией оборудования OC-48/STM-16 фирмой Semtech разработана микросхема умножителя частоты ACS8942A JAM PLL, позволяющая поднять генерируемые синхрочастоты до 622,08 МГц. С целью увеличения надежности оборудования можно построить оборудование синхронизации по принципу дублирования или резервирования. Та или иная модель построения оборудования синхронизации зависит от выдвигаемых заказчиком требований к надежности оборудования.
Сравнительные характеристики микросхем синхронизации различных производителей приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что наиболее совершенной микросхемой синхронизации является микросхема ACS8530 фирмы Semtech. Данная микросхема имеет очень низкий выходной джиттер генерируемых синхрочастот и гибкую систему конфигурирования внутренних подсистем (116 внутренних управляющих регистров).
Микросхема синхронизации ACS8530
Рассмотрим более подробно эту микросхему. Ее можно использовать для синхронизации оборудования, работающего в сетях PDH (плезиохронной) и SDH (синхронной) иерархий. Чем же выделяется ACS8530 фирмы Semtech на фоне других микросхем синхронизации, таких как Zarlink, IDT и др.?
Она позволяет создавать генераторное оборудование, по техническим характеристикам приближающееся к оборудованию таких известных производителей как Lucent Technologies, Siemens, Alcatel. Большинство этих фирм имеет собственное генераторное оборудование, оно, как правило, реализовано на базе сигнальных процессоров (DSP) и является ноу-хау компании. До недавнего времени реализовать высокие технические характеристики генераторного оборудования не представлялось возможным из-за его сложности. Предлагаемые фирмами Zarlink, IDT и другими микросхемы синхронизации по своим параметрам удовлетворяли разработчиков и соответствовали нормам ITU-T (International Telecommunication Union — Telephone) только для офисных и оконечных станций. Имея, например, очень хорошую точность режима удержания, некоторые микросхемы обладают очень высокой (на два порядка выше нормы) точкой перегиба частотной характеристики подавления вандера. Появление микросхемы ACS8530 дает возможность разработчику без особых затрат поднять технический уровень генераторного оборудования до транзитной (узловой) станции и приблизить его характеристики к лучшим зарубежным образцам.
Основные характеристики микросхемы ACS8530:
1. Микросхема имеет лучшую в отрасли телекоммуникаций точность удержания частоты встречной станции — 7,5xl0-14 (мгновенное значение). Режимом удержания можно программно управлять, определенным образом устанавливая внутренние конфигурационные регистры управления.
2. Микросхема имеет возможность синхронизироваться к любой частоте в диапазоне от 8 кГц до 100 МГц (шаг 8 кГц). Общее количество подключаемых к микросхеме хро-нов — l4. Два входа могут синхронизироваться клинейному коду AMI (64 кГц/8 кГц).
3. Встроенный в микросхему прямой цифровой синтезатор DDS (Direct Digital Synthesis) позволяет калибровать (компенсировать) технологический разброс отклонения частоты задающего генератора в диапазоне ±160 Гц с шагом 0,04 Гц.
4. Обширная система мониторинга состояния различных подсистем микросхемы.
5. Многофункциональная и многоуровневая система прерываний.
6. Встроенная система мониторинга качества входных синхрочастот позволяет оценивать следующие параметры сигналов:
• уход (расстройка) частоты;
• фазовые блуждания хронов;
• разность частот между хронами;
• пиковое значение джиттера входного сигнала;
• анализ регулярности входных синхросигналов;
• обнаружение фазового скачка на источнике синхронизации.
7. Индивидуально задаваемая (конфигурируемая) выходная частота на каждом выходе.
8. Возможность прецизионного сдвига сетки выходных синхрочастот с разрешением 6 пс и диапазоном 125 мкс, необходимого для выравнивания фаз двух или более параллельно работающих на одного потребителя устройств (необходимо для организации работы микросхемы в конфигурации «Master-Slave»).
9. Очень низкий — не более 0,6 нс (эффективное значение) и 5 нс (пиковое значение) — джиттер выходного сигнала.
10. Гибкая система управления переключением хронов. Микросхема может работать в двух режимах: автоматическом и ручном. В режиме автоматического управления микросхема отслеживает приоритетную таблицу хронирующих сигналов и, анализируя их качество, осуществляет переходы от одного хрона к другому.
Структура микросхемы ACS8530
Для лучшего понимания функциональных возможностей микросхемы ACS8530 рассмотрим более подробно ее структурную схему.
На структурной схеме, приведенной на рис. 1, выделены наиболее важные функциональные элементы.
Микросхема состоит из следующих узлов:
1. Входной порт синхрочастот содержит гибко конфигурируемый преобразователь скоростей (синхрочастот) входных потенциальных хронов, позволяющий разработчику настроить каждый вход на работу с синхрочастотами в диапазоне от 8 кГц до 100 МГц. Такая гибкая система обеспечивает возможность синхронизироваться к любой синхрочастоте оборудования PDH, SDH, SONET, к потокам Е1/Т1.
2. Селекторы хронов. Микросхема имеет два независимых входных селектора выбора хронов. Позволяет в произвольном порядке подключать любой хрон к любому встроенному независимому каналу ФАПЧ Т0 или Т4.
3. Банк таблицы приоритетов. Эта область внутренних регистров микросхемы ACS8530
2xAMI
10xTTL
2xPECL/LVDS Programmable; 64/8 kHz(AMI) .
2 kHz 4 kHz
N x 8 kHz . 1,544/2,048 MHz 6,48 MHz 19,44 MHz 25,92 MHz 38,88 MHz 51,84 MHz 77,76 MHz 155,52 MHz
Input
Port
Monitors
and
Selection
Control
14 x SEC
T4
Selector
T4 DPLL/Freq. Synthesis
С
Optional Divider, 1/n n=1 to 2'4
Digital
PFD -► Loop -► DTO
Filter
Frequency
Dividers
Output
Ports
T01
to
T07
TO
Selektor
TO DPLL/Freq. Synthesis
TOAPLL
(output)
Optional Divider, 1/n n=1 to2'4
Digital
PFD -► Loop -► DTO
Filter
Frequency
Dividers
ТОЮ
&
T011
TOAPLL
(feedback)
TCK-
TDI IEEE
TMS 1149,1
TRST- JTAG
TDO <
Chip
Clock
Generator
Priority
Table
Register Set
Microprocessor
Port
Outputs
T01-T07:
E1/DS 1(2,048/ 1,544 MHz) and frequency multiples:
1,5 x, 2x, 3x 4 x, 6 x, 12 x 16 x and 24 x E3/ds3 2 kHz 8 kHz
and OC—N* rates
T010:8 kHz (FrSync)
T011:2 kHz (M FrSync)
OC-N* rates= OC-151,84 MHz and derivatives: 6,48 MHz 19,44 MHz 25,92 MHz 38,88 MHz 51,84 MHz 77,76 MHz 155,52 MHz 311,04 MHz
Рис. 1. Структурная схема ACS8530
позволяет через микропроцессорный порт задавать свой приоритет каждому входу синхрочастот. Имея заполненную таблицу приоритетов, внутренний автомат микросхемы, запрограммированный на автоматический режим работы, будет синхронизироваться с каждым из потенциальных хронов, начиная с хрона наивысшего приоритета до самого низкого по мере потери качества подводимых хронов.
Опишем процедуру оценки качества каждого хрона подробнее. Механизм оценки очень гибок и многообразен. Параметры (критерии) подключенных хронов оцениваются по наличию в синхросигнале, по отношению к которому в данный момент времени система находится в режиме захвата частоты (режим «Ведомый»), одиночных или групповых потерь импульсов синхронизации. Основной и наиболее интересной особенно-
стью механизма оценки качества синхросигнала является наличие программно настраиваемого гибкого детектора Leaky Bucket — детектора сбоев подключенного хрона. Программируя пороги срабатывания детектора Leaky Bucket (рис. 2), можно задать порог срабатывания и порог возврата (восстановления) детектора при возникновении одиночных или групповых сбоев во входном синхросигнале.
Причем при возникновении аварийных ситуаций система выдает различные аварийные предупреждения: «мягкая авария», «жесткая авария». «Мягкая авария» не приводит к переключению (пересинхронизации) на другой подведенный синхросигнал, а лишь выдает сигнал предупреждения. В случае так называемой «жесткой аварии» происходит пере-синхронизация к другому, более низкому по приоритету, синхросигналу. При восста-
новлении качества синхросигнала с более высоким приоритетом микросхема осуществит плавный переход с низшего на высший по приоритету синхросигнал. Иногда в системах синхронизации телекоммуникаций стремятся минимизировать переходы между хронами при временной потери их качества, тогда микросхему можно запрограммировать так называемый «невозвратный» режим. В этом режиме микросхема, например, при потере качества синхросигнала, автоматически перейдет в режим удержания последней «хорошей» (без сбоев) синхрочастоты и будет оставаться в режиме «удержание» продолжительное время в ожидании восстановления данной синхрочастоты. Данный режим позволяет минимизировать фазовые скачки, которые возникают в системе синхронизации при переходах (пересинхронизациях) с одной синхрочастоты на другую.
4. Микропроцессорный порт. Позволяет организовать управление микросхемой синхронизации по параллельной или последовательной шине управления. В режиме параллельной шины управления микросхема может быть сконфигурирована для работы в стандарте Motorola, Intel или мультиплексированном режиме, передавая поочередно адрес, а затем данные. В последовательном режиме реализован интерфейс SPI, который позволит сэкономить на количестве подводимых к микросхеме линий управления, а также уменьшить количество задействованных в микропроцессоре линий ввода-вывода. Одним из очень интересных и весьма полезных решений, предложенных фирмой Semtech, является
Одиночные/групповые потери импульсов
Синхросигнал = = =
П редуп реждение II
об аварии ___________/
O-CZHI
Программируемая крутизна спада
уровень отклика детектора — - порог срабатывания
порог возврата
(программируемые)
Рис. 2. Пороги срабатывания детектора Leaky Bucket
100,000
1000,000
Frequency (Hz)
— bw-0-0005Hz : — bw-0-00l0Hz
- bw-0-0020Hz f - bw-0-0040Hz
— bw-0-0080Hz
- bw-0-0150Hz
— bw-0-0300Hz
- bw-0-0600Hz • - bw-0-1000Hz
- bw-0-3000Hz
- bw-0-6000Hz
- bw-1-2000Hz
- bw-2-5000Hz
- bw-4-0000Hz
- bw-8-0000Hz
- bw-18-0000Hz
- bw-35-0000Hz
- bw-70-0000Hz
Рис. З. Типовые характеристики подавления вандера
наличие интерфейса для подключения последовательной EPROM. Наличие такого интерфейса и подключенной микросхемы, например 24LC64, позволит микросхеме ACS8530 самостоятельно восстанавливаться (производить начальную загрузку) при включении питания или при других сбоях системы синхронизации.
5. Канал синхронизации Т0. Этот блок более совершенен и гибок по сравнению с каналом синхронизации Т4. Эти два автономных канала могут синхронизироваться к любой подведенной к входам синхрочастоте в произвольном порядке. Рассмотрим основные составные части канала Т0, которые просматриваются, хоть и в упрощенном виде, и в канале Т4.
5.1. Цифровая система ФАПЧ на основе прямых цифровых синтезаторов частоты DDS. Что дает это в оценке поведения системы по сравнению с традиционными синтезаторами, аналоговыми ФАПЧ? Это, прежде всего, предсказуемость и определенность в поведении системы при организации различных действий по обработке входных синхросигналов, таких как захват частоты (синхронизация), пересинхронизация (переход между двумя хронирующими сигналами) или же переход в режим «удержание» частоты встречной станции. Это высокая точность захвата частоты, низкие фазовые блуждания фронтов выходных синхросигналов. Благодаря цифровой структуре этого блока появляется возможность математической обработки потока информации, реализация методами цифровой фильтрации — подавления входного джиттера (высокочастотные дрожания фронтов) и вандера (низкочастотные фазовые блуждания фронтов) синхросигналов. Данная микросхема имеет очень низкую точку перегиба частотной характеристики подавления вандера — от 0,5 мГи до 70 Гц. Этот диапазон разбит на 18 фиксированных точек, которые программно могут быть установлены. На рис. 3 приведены типовые характеристики подавления вандера. Реализация анализа, измерения и усреднения разности частот входного хрона относительно собственного высокостабильного кварцевого генератора OCXO (Oven Controlled X-tal Oscillator) на промежутках времени до 110 минут (ближайшие аналоги имеют время усреднения всего 70 с). Тем самым обеспечивается очень высокая точность режима «удержание» синхрочастоты. Точность удержания этой микросхемы имеет величину порядка 7,5х10-14, что значительно превосходит аналоги. Что интересно, усредненное значение разности входной синхрочастоты относительно соб-
ственного высокостабильного кварцевого задающего генератора доступно микропроцессору как на чтение, так и на запись. Имея такую возможность, можно повысить точность режима «удержание», увеличив промежуток времени усреднения дрейфа частот, применив собственный алгоритм рас-
чета прогноза относительного дрейфа двух частот и введя алгоритм компенсации температурной нестабильности кварцевого генератора.
5.2. Аналоговая ФАПЧ. Особенностью аналоговой ФАПЧ в данной микросхеме является очень низкий фазовый шум выходных частот в диапазоне до 311 МГц.
G OUT
+v>
'IRFFI gnd;
OREF>
MXODE—12,8 МГц(MXOCS-12,8 МГц)
B17 49
B18 48
B19 47
B20 46
B21 45
B22 44
B60 10
' B118/8 11
' B119/7 1?
B120 13
14
B23 J5 Я Г7_ 35
B24 36
B25 37
B26 38
B27 39
B28 40
B29 41
ВЗО 42
Д
B121 62 20
B58
РВ7
РС0
РС1
РС2
РСЗ
РС4
РС5
РС6
РС7
О
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
PD7
РЕ0
РЕ1
РЕ2
РЕЗ
РЕ4
РЕ5
РЕ6
РЕ7
PF0
PF1
PF2
PF3
PF4/TCK
PF5/TMS
PF6/TDO
PF7/TDI
PG0
PG1
PG2
PG3
PG4
25 В31
26 В32
27 ВЗЗ
28 В34
29 В35
30 В36
31 В37
32 В38
2 В124
3 В125
_4^
5
_<Ц
2^
9
61 В126
М 59
Л 57 ВЗ
56 В2
55 В123
54 В127
33 В39
34 В40
18
Л
10
• 24
В75 !_» 46
В76 47
В77 £L к Я 43_ 48
В78 51
В79 52
В80 53
В81 54
В82 55
В83 56
В84 57
В50 45_ 18
В42 99_ 100_ 69
В43 68
В44 67
В45 66
В46 65
В47 64
В48 63
В41 73
В51 70
В39 71
В40 72
74
В52 60
59
Ґ1 R36 | 58
I 1 = С58
Е J
В123 23
В2 7
ВЗ 9
ATmega 128L-8AI
D6:1 ACS8530
REFCLK GT
11 Т01
12 Т02
13 тоз
14 Т04
I5POS Т05
I5NEG T06NEG
I6POS T06P0S
I6NEG T07NEG
17 T07P0S
18 T08NEG
19 T08P0S
110 Т09
111 FrSync
112 MFrSync
113
114
SYNC2K
SRCSW ADO
MSTSLVB AD1
SONSDHB AD2
АО AD3
А1 AD4
А2 AD5
АЗ AD6
А4 AD7
А5
А6 INTERQ0
ALE RDY
CSB IC1
WRB IC2
POR В IC4
UPSEL0 IC5
IC6
UPSEL2 IC7
TDI GT
TMS
TCK TDO
TRST
88 B85
89 B86
90 B87
93 B884
94 B89
M
34
Л
27
28
95 B90
30 B91
31 B92
83 B15
82 B16
81 B17
80 B18
79 B19
78 B20
77 B21
76 B22
8 B53
75 B54
3^
4^
17
22
96
Я
M
21 B4
Рис. 4. Схема сопряжения ACS8530 с генераторами фирмы «Мэджик Кристалл»
REFCLK
Differential Input LVPECL Typically 155,52 MHz
CML> OUT
Differential Output Clock CML
622,08 MHz or 77,76 MHz
LOCK_EN LOCK B XF_VDDP3 XF_CK OUT77M Frequency Select
Differential Input for External Feedback Option
Рис. 5. Структурная схема основных элементов микросхемы ACS8942A
Line Card (ОС-12, ОС-48)
Recovered Clock
<■
FRAMER SERDES
►
Multiple Line cards
a
_a
To/from
SONET/SDH/PDH
Network
Рис. 6. Структурная схема взаимодействия микросхем синхронизации фирмы Semtech
Гибко конфигурируемая, индивидуально устанавливаемая по каждому выходу частота при малых фазовых отклонениях фронтов синхросигналов. Прецизионное выравнивание (с разрешением 6 пс) фронтов выходных синхросигналов при конфигурировании работы по схеме «Master-Slave» при резервировании генераторного оборудования.
5.3. Канал синхронизации Т4. Этот канал синхронизации имеет упрощенную структуру и значительно меньшие функциональные возможности по сравнению с каналом Т0. Одной из дополнительных характеристик канала Т4 является способность измерять разность фаз между двумя входами.
6. Модуль кварцевого генератора. Обеспечивает прием и калибровку частоты задающего кварцевого генератора. Как известно, кварцевые генераторы имеют производст-
венный разброс по точности настройки номинала частоты (для прецизионных генераторов ±(1-2)х10-8 и порядка ±1х10-6 — для простых генераторов). Для устранения производственного разброса номинальной частоты простых генераторов в этом модуле микросхемы можно осуществить калибровку (компенсацию) номинала частоты. Осуществляя запись калибровочных констант в адресное пространство микросхемы через микропроцессорный порт ACS8530, можно откалибровать системную тактовую частоту 12,8 МГц в диапазоне ±80х10-6 с шагом 1,9х10-8. С целью уменьшения джиттера выходных частот микросхемы можно программно выбирать для синхронизации фронт или спад системной частоты 12,8 МГц.
7. Модуль периферийного сканирования JTAG (Boundary Scan — IEEE 1149.1). Этот модуль не имеет никаких особенностей,
лишь является необходимой составной частью современного телекоммуникационного оборудования.
Решения построения генераторного оборудования на основе микросхемы ACS8530
Для получения высоких технических характеристик генераторного оборудования одной, хоть и высокотехнологичной, микросхемы не достаточно. Основополагающим фактором получения высоких технических характеристик является правильный выбор кварцевого генератора. Остановимся на этом вопросе более подробно. Критерием выбора кварцевого генератора является: минимальный фазовый шум и кратковременная нестабильность частоты (вариации Алана), влияющие на выходные фазовые дрожания (джиттер) синхросигналов; температурная и временная (до 3 суток) нестабильности, влияющие на точность режима «удержание» частоты встречной станции. На все эти характеристики существуют нормы ITU-T.
Кроме хорошей стабильности частоты для современного оборудования телекоммуникаций немаловажными являются требования минимизации энергопотребления, габаритных размеров и стоимости. По всем этим критериям для данной микросхемы идеально подходят высокостабильные кварцевые генераторы фирмы «Мэджик Кристалл», г. Омск. Генераторы этой фирмы имеют беспрецедентные, по мировым меркам, энергетические и габаритные размеры. При очень маленьких габаритах 35,5x26,8x16,6 мм и потребляемой мощности всего 1 Вт (при напряжении 5 или 3,3 В) они имеют ультравысокие технические характеристики. Например, суточная и температурная нестабильность составляют величину ±1x10-10 (для генераторов с двойным тер-мостатированием серии MXODE), а долговременная нестабильность в год — величину ±1,6x10-8. Ни один зарубежный производитель не производит в соответствующих габаритах, с соответствующей потребляемой мощностью и напряжением питания генераторов с такими высокими характеристиками и конкурентной ценой. Приведенные характеристики кварцевых генераторов полностью соответствуют требованиям ITU-T для транзитной станции, генераторному оборудованию уровня II (в международной классификации — Stratum II). На рис. 4 приведен фрагмент электрической принципиальной схемы сопряжения микросхемы ACS8530 с генераторами фирмы «Мэджик Кристалл».
Для задач тактирования оборудования OC-48/STM-16 в тандеме с микросхемой ACS8530 идеально сопрягается микросхема умножителя частоты ACS8942A JAM PLL. Эта микросхема, используя внутреннюю ФАПЧ, умножает входную тактовую частоту 155,52 МГц на четыре и формирует на выходе синхрочастоту 622,08 МГц с очень низким
1.0Е+02
1.0Е+03
1.0Е+04
1.0Е+05
1.0Е+06
Frequency (Hz) 1.0E+07 1.0E+08
Красный = фазовый шум устройства АС88942А Голубой = фазовый шум тандема АС885хх и АС88942А Пурпурный — фазовый шум устройства АС885хх
Рис. 7. Характеристики фазового шума, генерируемого тандемом из микросхемы синхронизации ACS8530 и микросхемы умножителя частоты ACS8942A
Рис. В. Схема сопряжения микросхем ACS8530 и ACS8942A
выходным джиттером. Величина выходного джиттера синхросигнала 622,08 МГц имеет рекордно низкую для индустрии телекоммуникаций величину, которая составляет
130,1 пс (пиковое значение) и 13,01 пс (эффективное значение), измеренные в полосе частот от 1 кГц до 5 МГц. Такие высокие характеристики достигнуты благодаря реали-
зации в микросхеме высококачественного и высокочастотного ГУН (генератора, управляемого напряжением), работающего на частоте 2,5 ГГц. На рис. 5 приведена структурная схема основных элементов микросхемы ACS8942A JAM PLL.
Микросхема содержит входной и выходной драйверы в стандарте низко вольтовой логики PECL, схему накачки заряда «Charge Pump» — необходимую для управления ГУН, «Lock Detector» — индикатора захвата петлей ФАПЧ входной частоты и собственно ГУНа «VCO» с делителями частоты «Frequency Divider», определяющие необходимые коэффициенты умножения частоты микросхемы. Между схемой накачки заряда и ГУН предусмотрена установка внешней RC-цепочки, формирующей полосу пропускания петли ФАПЧ, которая обеспечивает устойчивость всей системы умножителя частоты.
Пример взаимодействия микросхем синхронизации фирмы Semtech при решении задач тактирования различного оборудования, выполненного по технологиям SONET, SDH и PDH, показан на рис. 6 в виде структурной схемы.
На рис. 7 приведены характеристики фазового шума, генерируемого микросхемами синхронизации ACS8530 и умножителя частоты ACS8942A JAM PLL.
На рис. 8 приведен пример электрической принципиальной схемы сопряжения микросхем ACS8530 и ACS8942A JAM PLL.
Заключение
Синхронизация телекоммуникаций — стремительно развивающаяся отрасль техники. Совершенствуется не только элементная база, на которой строится оборудование синхронизации, но и меняются подходы к построению и управлению данным оборудованием. В настоящее время производители стремятся разрабатывать данное оборудование с использованием сетевых технологий, которые позволят перейти от просто синхронизации к сетям управления синхронизацией в масштабе отдельных государств. Только делая ставку на самую передовую элементную базу, доступную на рынке электронных компонентов, таких как фирма Semtech, можно достигнуть высоких технических характеристик оборудования и обеспечить конкурентоспособность проектируемого изделия. ■
Литература
1. www.semtech.com
2. www.magicxtal.com
3. Рекомендации ITU-T, серия G.812, G.823.
4. ACS8530 SETS Synchronous Equipment Timing Source for Stratum 2/3E Systems datasheet. Revision 3.01/October 2003 6. ACS8942A JAM PLL Jitter Attenuating, Multiplying Phase Locked Loop for SONET/SDH Applications to OC-48/STM-16 datasheet. Revision 1.06/March 2005
