探索 ZL30108：SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)接口 DPLL 的卓越之選

在當(dāng)今高速發(fā)展的通信領(lǐng)域，SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)作為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了極高要求。而 ZL30108 作為 Zarlink 公司推出的一款 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL），為網(wǎng)絡(luò)接口卡的定時(shí)和同步提供了出色的解決方案。下面我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：ZL30108LDG1.pdf

ZL30108 的功能特性亮點(diǎn)

靈活的輸入輸出支持

ZL30108 支持 GR - 253 - CORE OC - 3 和 G.813 STM - 1 SONET/SDH 接口的輸出漂移和抖動(dòng)生成規(guī)范。它能夠接受兩個(gè)輸入?yún)⒖荚?，并可同步?2 kHz、8 kHz、1.544 MHz、2.048 MHz、8.192 MHz、16.384 MHz 或 19.44 MHz 等任意組合的輸入頻率。同時(shí)，該芯片提供一個(gè) 19.44 MHz（SONET/SDH）時(shí)鐘輸出、一個(gè) 8 kHz 幀脈沖和一個(gè) 2 kHz 多幀脈沖。

出色的性能保障

在性能方面，ZL30108 表現(xiàn)十分出色。它具有自動(dòng)進(jìn)入和退出保持模式（Holdover）的功能，能在輸入?yún)⒖荚串惓r(shí)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)支持在任意有效輸入?yún)⒖碱l率組合之間進(jìn)行無縫參考切換（Hitless reference switching），提供鎖定指示（LOCK）和準(zhǔn)確的參考故障指示（REFFAIL）。其環(huán)路濾波器帶寬為 29 Hz 或 14 Hz，在 19.44 MHz 輸出時(shí)鐘上的固有抖動(dòng)小于 (24 ps{rms})，輸出幀脈沖上的固有抖動(dòng)小于 (0.5 ns_{pp})，完全符合 GR - 253 - CORE OC - 3 和 G.813 STM - 1 規(guī)范。

外部時(shí)鐘源與控制接口

芯片的外部主時(shí)鐘源可以選擇時(shí)鐘振蕩器或晶體，并且提供簡(jiǎn)單的硬件控制接口，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，這無疑為工程師在不同場(chǎng)景下的設(shè)計(jì)提供了便利。

深入剖析芯片功能模塊

參考選擇復(fù)用器（MUX）與參考監(jiān)測(cè)器

參考選擇復(fù)用器（MUX）可根據(jù)參考選擇（REF_SEL）輸入，從兩個(gè)參考輸入信號(hào)（REF0 和 REF1）中選擇一個(gè)作為時(shí)間間隔誤差（TIE）校正電路的輸入。而參考監(jiān)測(cè)器會(huì)對(duì)每個(gè)參考時(shí)鐘進(jìn)行頻率檢測(cè)，并持續(xù)監(jiān)測(cè)三個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，以判斷參考信號(hào)是否存在異常，如長(zhǎng)期頻率漂移或過度抖動(dòng)等問題。當(dāng)監(jiān)測(cè)器的閾值被突破時(shí)，相應(yīng)的 REF_FAIL 引腳將變?yōu)楦唠娖?，這為系統(tǒng)提供了及時(shí)的故障反饋。

TIE 校正電路

TIE 校正電路在系統(tǒng)從自動(dòng)保持模式恢復(fù)到正常模式或切換到其他參考輸入時(shí)，發(fā)揮著重要作用。它會(huì)測(cè)量當(dāng)前相位（反饋信號(hào)）與所選參考信號(hào)相位之間的延遲，并將該延遲值存儲(chǔ)起來，創(chuàng)建一個(gè)與反饋信號(hào)相位相同的虛擬參考信號(hào)，從而最小化系統(tǒng)在切換參考輸入或從自動(dòng)保持模式恢復(fù)時(shí)所經(jīng)歷的相位瞬變。通過將 TIE_CLR 引腳拉低至少 15 ns，可重置該延遲值，實(shí)現(xiàn)輸入?yún)⒖夹盘?hào)與輸出時(shí)鐘和幀脈沖的相位對(duì)齊。

數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）

DPLL 由相位檢測(cè)器、集成在芯片上的環(huán)路濾波器和數(shù)控振蕩器（DCO）組成。相位檢測(cè)器比較來自 TIE 校正電路的虛擬參考信號(hào)與反饋信號(hào)，并將相位差對(duì)應(yīng)的誤差信號(hào)傳遞給環(huán)路濾波器。環(huán)路濾波器類似于一階低通濾波器，其帶寬根據(jù)檢測(cè)到的參考頻率有所不同，2 kHz 參考頻率時(shí)帶寬為 14 Hz，其他頻率時(shí)為 29 Hz。DCO 根據(jù)環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)生成相應(yīng)的數(shù)字輸出信號(hào)，其同步方法取決于 ZL30108 的工作狀態(tài)。

頻率合成器與狀態(tài)機(jī)

頻率合成器利用 DCO 的輸出信號(hào)生成與輸入?yún)⒖纪降妮敵鰰r(shí)鐘和幀脈沖。它采用數(shù)字技術(shù)生成輸出時(shí)鐘，并運(yùn)用先進(jìn)的噪聲整形技術(shù)來最小化輸出抖動(dòng)。狀態(tài)機(jī)則根據(jù)輸入的 MODE_SEL 信號(hào)控制 TIE 校正電路和 DPLL 的工作，實(shí)現(xiàn)不同工作模式的切換。

工作模式與控制

工作模式選擇

ZL30108 具有兩種手動(dòng)工作模式：正常模式（Normal）和自由運(yùn)行模式（Freerun）。通過 MODE_SEL 引腳進(jìn)行選擇，當(dāng) MODE_SEL 為 0 時(shí)，芯片處于正常模式（帶有自動(dòng)保持模式）；當(dāng) MODE_SEL 為 1 時(shí)，處于自由運(yùn)行模式。

自由運(yùn)行模式

自由運(yùn)行模式通常在需要獨(dú)立時(shí)鐘源或系統(tǒng)上電后尚未實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)使用。在該模式下，ZL30108 根據(jù)主時(shí)鐘頻率（OSCi 引腳輸入）提供定時(shí)和同步信號(hào)，輸出時(shí)鐘的精度等于主時(shí)鐘的精度。

正常模式

正常模式適用于需要與網(wǎng)絡(luò)或背板同步的系統(tǒng)時(shí)鐘源。在該模式下，ZL30108 提供與兩個(gè)參考輸入之一同步的定時(shí)和幀同步信號(hào)。如果當(dāng)前選擇的參考源出現(xiàn)中斷，芯片將自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)保持模式；當(dāng)參考源恢復(fù)正常時(shí)，又會(huì)返回正常模式。

參考選擇與切換

通過 REF_SEL 引腳可以選擇活動(dòng)參考輸入（REF0 或 REF1）。當(dāng) DPLL 處于正常模式時(shí)，如果 REF_SEL 引腳的邏輯值發(fā)生變化，ZL30108 將執(zhí)行無縫參考切換。切換過程中，LOCK 輸出的狀態(tài)取決于新舊參考源的相對(duì)頻率和相位偏移。

性能指標(biāo)與應(yīng)用注意事項(xiàng)

性能指標(biāo)

在性能指標(biāo)方面，ZL30108 的保持精度為 0.01 ppm，捕獲范圍為 ±130 ppm 減去主時(shí)鐘（OSCi）的精度，鎖定范圍與捕獲范圍相同。其相位鎖定時(shí)間受初始輸入輸出相位差、頻率差、PLL 環(huán)路濾波器帶寬和鎖定相位距離等多種因素影響。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

在應(yīng)用過程中，為了獲得最佳的抖動(dòng)性能，需要對(duì) ZL30108 的電源引腳進(jìn)行良好的去耦處理，以隔離電源平面上的噪聲。主時(shí)鐘源可以選擇時(shí)鐘振蕩器或晶體，選擇時(shí)鐘振蕩器時(shí)需要考慮絕對(duì)頻率、頻率溫度變化、輸出上升和下降時(shí)間等參數(shù)；選擇晶體振蕩器時(shí)，晶體的精度受晶體公差和負(fù)載電容公差的影響較大。此外，芯片的上電順序要求 3.3 V 不能在 1.8 V 之后上電，以防止 IO 焊盤中寄生二極管導(dǎo)致的閂鎖風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)

Zarlink 的 ZL30108 以其豐富的功能特性、出色的性能表現(xiàn)和靈活的工作模式，為 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)接口卡的定時(shí)和同步提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的系統(tǒng)需求，合理選擇工作模式、參考源和主時(shí)鐘源，并注意電源去耦、上電順序等問題，以充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢(shì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用 ZL30108 的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。