通信系统所需信号品质与基准信号源（1）

基准信号源所需振荡器的关键规格与产品介绍

【序文】

通信传输网络的世界中，核心网、城域网、移动回传网、接入网和企业网络（LAN/SAN）从上至下呈树状分布。每种网络均设定了各自通信所需的独自规格。而且，伴随近年高速通信终端及影像传输等普及，骨干网中流过的通信量有增无减，通信的高速、大容量化进展迅速，通信基础设备亦不断扩充。进行如上所示的高速数据通信的通信协议需要具备传输线路、系统以及误码率等性能。误码率（以下简称为“BER”）是指进行收发信之际，收信方接收数据中的误码数除以发出的数据总字节数得出的错误率。尤其对于 BER，信号所具有的噪音和抖动是非常重要的参数，对信号品质的影响极大。

本次，我们将说明基于通信设备所需的信号品质而要求振荡器具备的关键规格，并介绍市场中销售的振荡器结构及特征，以及适于通信设备的爱普生产品。

【高速通信系统的构成】

首先，用图 1 表示两只收发模块之间通过 PCI、SATA 或 10GbE 等各种通信协议传输数据的常用通信系统传输线路。在这样的系统中，使用振荡器生成基准信号。通常，基准信号用低于数据传输率的频率起振。所以，为了以基准信号生成串联数据，发送方使用收发模块中的锁相环电路（PLL，Phase Locked Loop）把基准信号频率倍增到需要的频率后发送。与此相对，接收方使用收到的数据流中内含锁相环电路的时钟数据恢复（Clock Data Recovery）复原基准信号，并用复原后的基准信号复原数据。在部分高端系统中，也采用根据接收方所持有的基准信号复原数据的方式。如上所示，在收发信的过程中随时进行着信号的转换与复原。在日益高速的通信中，接收方必须正确判断接收的数据是 0 还是 1。因此，如何抑制信号自身的抖动和噪音提高信号品质、如何设计最佳的传输线路专用集成电路是非常重要的课题。

【信号品质评估手法】

评估通信系统中信号本身的品质时，经常使用眼图。眼图是使用示波器等测试仪器收集大量高速数字信号波形后重合而成的图形，由于波形重合后呈“眼”状而得名。

假设传输线路的通信协议为 10GbE，该系统中传输 10Gbps 的信号所用时间（长度）为各字节 100 微微秒。评估信号品质时，将每隔 100 微微秒重复出现的信号相重合后制成眼图。假设基准信号很纯正且传输线路的专用集成电路设计良好，则可以获得如图 2左所示的几乎完全重合的波形。与其相反，如果基准信号中噪音和抖动较多、或因专用集成电路的设计而产生传输线路的频带不足等损失，信号波形则会变得不稳定，重合后的波形呈现图 2 右所示的眼睛逐渐闭拢的情况。

判断信号数据是 0 还是 1 时，重要的是开眼部的长宽足够大。

开眼部因噪音和抖动而缩小，将导致接收方无法准确判断信号数据，BER 变高。现在几乎所有通信系统均要求 BER 至少应达到 1×10-12。这意味着每传输 1012 字节的数据时允许出现 1 个字节的错误。

综上所述，从眼图中可以获得噪音、抖动或频带不足等有关信号品质的各种信息。

【构成抖动的要素】

图 3 表示通信系统中抖动的构成要素。总体抖动 TJ（Total Jitter）用确定性抖动 DJ（Deterministic Jitter）与随机抖动 RJ（Random Jitter）之和来表示。确定性抖动表示因电路设计、电磁感应或外界因素而产生的抖动。确定性抖动的特征是频率扩散保持一定，且与时间变化无关。作为基准信号源的振荡器性能中影响确定性抖动的是失真和分谐波。

随机抖动名副其实表示无法预测的抖动成份。它受元器件自身的特性、热噪音等因素的影响而自然产生。随机抖动的特征是随时间而扩散。作为基准信号源的振荡器性能中，影响随机抖动的正是基准信号源的抖动。

其它系统中的因素也被归类为产生抖动的要因，例如插件的电源噪音与串扰、因电缆设计等影响而引起的频带不足是产生确定性抖动的要因，而专用集成电路的噪音等则是产生随时抖动的要因。因此，系统设计人员需要通过改善专用集成电路的设计、变更基板布局以及变更部品等减小总体抖动。