歐美晶振的層次定義與結(jié)構(gòu)介紹
來源:http://www.kaikei-kansa.com 作者:金洛鑫電子 2018年12月18
比較高端的產(chǎn)品一般都是使用進(jìn)口的歐美晶振,因為性能好,品質(zhì)好等因素,在國內(nèi)的市場一片大好,美國的多家品牌在我國都有了不少客戶,長期使用美國晶振,為了進(jìn)入中國市場,這些來自歐洲和美國的晶體制造商,需要通過多項認(rèn)證和測試,并且也帶來了許多與晶振相關(guān)的技術(shù)資料,例如晶體和振蕩器層次的定義與層次的結(jié)構(gòu)。
層次定義:
美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)題為“同步接口標(biāo)準(zhǔn)”“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)”(ANSI /T1.101-1987)于1987年首次發(fā)布。該文件定義了這一層數(shù)字網(wǎng)絡(luò)同步的級別和最低性能要求。要求層數(shù)如表A所示,它提供了漂移和滑移的比較和總結(jié)分層時鐘系統(tǒng)的速率。
Stratum 1被定義為完全自主的定時源,除了。之外沒有其他輸入也許每年校準(zhǔn)一次。Stratum 1時序的通常來源是原子標(biāo)準(zhǔn)(Cesium Beam或氫氣激光器)或參考振蕩器(OCXO晶振)。最小可調(diào)范圍和最大漂移是定義為1×10-11或更小的分?jǐn)?shù)頻率偏移f/f。在這個最低精度,正確校準(zhǔn)source將提供比特流定時,不會相對于絕對或完美標(biāo)準(zhǔn)更多地滑動每4到5個月一次。原子標(biāo)準(zhǔn),如銫鐘,具有更好的性能。
Stratum 1時鐘是ANSI/T1.101中定義的主參考源(PRS)的示例。或者,PRS源可以是采用協(xié)調(diào)世界時的直接控制的時鐘系統(tǒng)(UTC)頻率和時間服務(wù),例如全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航系統(tǒng)。該GPS系統(tǒng)可用于提供Stratum 1質(zhì)量的高精度,低成本定時。Stratum 2時鐘系統(tǒng)在正常工作條件下跟蹤輸入,并保持最佳狀態(tài)在受損操作條件期間估計輸入?yún)⒖碱l率。Stratum 2時鐘系統(tǒng)要求最小調(diào)整(跟蹤)范圍為1.6x10-8。沒有輸入?yún)⒖嫉腟tratum 2的漂移一年內(nèi)不到1.6x10-8。系統(tǒng)的短期漂移在24小時內(nèi)小于1 x 10-10。如果將此規(guī)范解釋為每24小時1x10-10的漂移,則相當(dāng)于框架滑移率為當(dāng)Stratum 2時鐘系統(tǒng)處于保持模式時,在7天內(nèi)大約1次滑動。一個Stratum 2時鐘每天小于2.5 x 10-11的漂移將導(dǎo)致第一次滑動超過2個月的時間。典型Stratum 2時鐘的例子是Rubidium Standards和恒溫晶體振蕩器。
Stratum 3被定義為一個時鐘系統(tǒng),它跟蹤Stratum 2中的輸入,但是范圍更廣。一個Stratum 3時鐘系統(tǒng)要求最小調(diào)整(跟蹤)范圍為4.6x10-6。短期漂移系統(tǒng)在24小時內(nèi)小于3.7x10-7。這相當(dāng)于在24小時內(nèi)大約255幀滑動而系統(tǒng)正在持有。一些Stratum 3時鐘設(shè)備不足以為SONET網(wǎng)絡(luò)提供時間元素。
在Bellcore文檔[參考文獻(xiàn)3,7和8]中定義的Stratum 3E是創(chuàng)建的新標(biāo)準(zhǔn)SONET設(shè)備要求的結(jié)果。Stratum 3E跟蹤輸入信號在7.1Hz的1.544MHz范圍內(nèi)來自Stratum 3或更好的來源。沒有輸入?yún)⒖嫉钠圃?4小時內(nèi)小于1x10-8。這是24小時內(nèi)不到四次框架滑動,而Stratum 3則為255次滑動。
Stratum 4定義為時鐘系統(tǒng),除了調(diào)整之外,它跟蹤Stratum 2或3中的輸入漂移范圍是3.2x10-5。此外,Stratum 4時鐘沒有保持能力,并且在沒有時參考,在調(diào)整范圍限制內(nèi)自由運行??蚣芑瑒又g的時間可以小到4秒Stratum 4E是一種新的客戶端時鐘標(biāo)準(zhǔn),它具有保持特性這不是自由運行。這個新級別,旨在供客戶提供的設(shè)備使用他們的網(wǎng)絡(luò)還沒有標(biāo)準(zhǔn)化。
層次結(jié)構(gòu):
Stratum 1時鐘可以控制2T,3E,3,4E或4個時鐘。Stratum 2時鐘可以驅(qū)動第2,3E,3,4E或4層時鐘。Stratum 3E時鐘可以驅(qū)動3E,3,4E或4個時鐘。Stratum 3時鐘可驅(qū)動3 3,4E或4個時鐘。
不建議使用Stratum 4E或4時鐘作為任何其他時鐘系統(tǒng)的時序源。由于較高層時鐘系統(tǒng)的捕獲和調(diào)整范圍較窄(2高于3,等等on),不建議從Stratum 3E或3時鐘驅(qū)Stratum 2時鐘。事實上,它不會在某些情況下起作用傳播受損的情況。此外,必須特別注意不止一個的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序Stratum 1源用于確保這些源準(zhǔn)確且可追溯到其他標(biāo)準(zhǔn)。另一個通常用于檢查Stratum 1時鐘源精度的標(biāo)準(zhǔn)是GPS系統(tǒng)。 GPS接收器也可以可直接用作Stratum 1質(zhì)量的來源。
Stratum 1時鐘管理,操作和維護(hù)可能是一項代價高昂的工作。原子來源可能不長免維護(hù)操作間隔,并且可能在沒有指示源關(guān)閉的情況下經(jīng)歷故障頻率。此外,如果Stratum 1時序源顯示不準(zhǔn)確,則網(wǎng)絡(luò)必須能夠接受另一個網(wǎng)絡(luò)的時間,直到問題得到糾正。因此,GPS是有吸引力的,以確保準(zhǔn)確性和晶振最小化成本。
表A:層時鐘要求和層次結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)滑動,會發(fā)生什么?
如果由于時鐘系統(tǒng)處于保持狀態(tài)而發(fā)生幀滑動,那么懲罰是什么?是連接的設(shè)備停止工作?通常不會。語音設(shè)備傾向于快速重新獲取幀同步,從而導(dǎo)致流行音樂或點擊,這通常不是問題。數(shù)據(jù)電路會丟失一些位數(shù),具體取決于數(shù)據(jù)速率傳輸,以及是否正在使用前向糾錯。
一些提供添加和刪除服務(wù)的多路復(fù)用設(shè)備會中斷所有輸出中繼,同時成為新的同步源被收購了。如果由于電路噪聲,這種中斷可能使網(wǎng)絡(luò)暫時無用,如滑動導(dǎo)致下游進(jìn)一步下滑(誤差或滑移倍增)。
時鐘系統(tǒng)在電路損傷期間提供穩(wěn)定的石英晶體振蕩器頻率源。連接的設(shè)備不會受影響直到時鐘保持漂移導(dǎo)致滑動。穩(wěn)定的時鐘將改變遇到問題的網(wǎng)絡(luò)每天兩到三次,通過主要的行李箱中斷維持時間。網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)運營只要修理時間與第一次框架滑動的時間相當(dāng),在修理中斷之前沒有損壞(見表A)。
由于偶爾會出現(xiàn)偶然滑動,因此最好的辦法是盡量減少其發(fā)生率。通過細(xì)心時鐘系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)工程,可以以合理的成本和優(yōu)秀的時序?qū)崿F(xiàn)接近完美的時序可靠性和可維護(hù)性。
為了計算漂移的滑移率,假設(shè)一個頻率偏移等于24小時內(nèi)的上述漂移,這會累積位滑動直到累積了193位。各種原子和晶體振蕩器的漂移率是眾所周知的,通常不是這樣線性或不一定不斷增加。
每一顆小小的貼片晶振看似不起眼,但是都能發(fā)揮很大的作用,在生產(chǎn)制造的過程中,運用了幾十種到上百種不同的工藝技術(shù)和加工工藝,結(jié)合了無數(shù)人的心血,然而晶體這個領(lǐng)域,還不算完全被解剖,仍有許多秘密等待科學(xué)家和工程人員發(fā)現(xiàn)和利用。
層次定義:
美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)題為“同步接口標(biāo)準(zhǔn)”“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)”(ANSI /T1.101-1987)于1987年首次發(fā)布。該文件定義了這一層數(shù)字網(wǎng)絡(luò)同步的級別和最低性能要求。要求層數(shù)如表A所示,它提供了漂移和滑移的比較和總結(jié)分層時鐘系統(tǒng)的速率。
Stratum 1被定義為完全自主的定時源,除了。之外沒有其他輸入也許每年校準(zhǔn)一次。Stratum 1時序的通常來源是原子標(biāo)準(zhǔn)(Cesium Beam或氫氣激光器)或參考振蕩器(OCXO晶振)。最小可調(diào)范圍和最大漂移是定義為1×10-11或更小的分?jǐn)?shù)頻率偏移f/f。在這個最低精度,正確校準(zhǔn)source將提供比特流定時,不會相對于絕對或完美標(biāo)準(zhǔn)更多地滑動每4到5個月一次。原子標(biāo)準(zhǔn),如銫鐘,具有更好的性能。
Stratum 1時鐘是ANSI/T1.101中定義的主參考源(PRS)的示例。或者,PRS源可以是采用協(xié)調(diào)世界時的直接控制的時鐘系統(tǒng)(UTC)頻率和時間服務(wù),例如全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航系統(tǒng)。該GPS系統(tǒng)可用于提供Stratum 1質(zhì)量的高精度,低成本定時。Stratum 2時鐘系統(tǒng)在正常工作條件下跟蹤輸入,并保持最佳狀態(tài)在受損操作條件期間估計輸入?yún)⒖碱l率。Stratum 2時鐘系統(tǒng)要求最小調(diào)整(跟蹤)范圍為1.6x10-8。沒有輸入?yún)⒖嫉腟tratum 2的漂移一年內(nèi)不到1.6x10-8。系統(tǒng)的短期漂移在24小時內(nèi)小于1 x 10-10。如果將此規(guī)范解釋為每24小時1x10-10的漂移,則相當(dāng)于框架滑移率為當(dāng)Stratum 2時鐘系統(tǒng)處于保持模式時,在7天內(nèi)大約1次滑動。一個Stratum 2時鐘每天小于2.5 x 10-11的漂移將導(dǎo)致第一次滑動超過2個月的時間。典型Stratum 2時鐘的例子是Rubidium Standards和恒溫晶體振蕩器。
Stratum 3被定義為一個時鐘系統(tǒng),它跟蹤Stratum 2中的輸入,但是范圍更廣。一個Stratum 3時鐘系統(tǒng)要求最小調(diào)整(跟蹤)范圍為4.6x10-6。短期漂移系統(tǒng)在24小時內(nèi)小于3.7x10-7。這相當(dāng)于在24小時內(nèi)大約255幀滑動而系統(tǒng)正在持有。一些Stratum 3時鐘設(shè)備不足以為SONET網(wǎng)絡(luò)提供時間元素。
在Bellcore文檔[參考文獻(xiàn)3,7和8]中定義的Stratum 3E是創(chuàng)建的新標(biāo)準(zhǔn)SONET設(shè)備要求的結(jié)果。Stratum 3E跟蹤輸入信號在7.1Hz的1.544MHz范圍內(nèi)來自Stratum 3或更好的來源。沒有輸入?yún)⒖嫉钠圃?4小時內(nèi)小于1x10-8。這是24小時內(nèi)不到四次框架滑動,而Stratum 3則為255次滑動。
Stratum 4定義為時鐘系統(tǒng),除了調(diào)整之外,它跟蹤Stratum 2或3中的輸入漂移范圍是3.2x10-5。此外,Stratum 4時鐘沒有保持能力,并且在沒有時參考,在調(diào)整范圍限制內(nèi)自由運行??蚣芑瑒又g的時間可以小到4秒Stratum 4E是一種新的客戶端時鐘標(biāo)準(zhǔn),它具有保持特性這不是自由運行。這個新級別,旨在供客戶提供的設(shè)備使用他們的網(wǎng)絡(luò)還沒有標(biāo)準(zhǔn)化。
層次結(jié)構(gòu):
Stratum 1時鐘可以控制2T,3E,3,4E或4個時鐘。Stratum 2時鐘可以驅(qū)動第2,3E,3,4E或4層時鐘。Stratum 3E時鐘可以驅(qū)動3E,3,4E或4個時鐘。Stratum 3時鐘可驅(qū)動3 3,4E或4個時鐘。
不建議使用Stratum 4E或4時鐘作為任何其他時鐘系統(tǒng)的時序源。由于較高層時鐘系統(tǒng)的捕獲和調(diào)整范圍較窄(2高于3,等等on),不建議從Stratum 3E或3時鐘驅(qū)Stratum 2時鐘。事實上,它不會在某些情況下起作用傳播受損的情況。此外,必須特別注意不止一個的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序Stratum 1源用于確保這些源準(zhǔn)確且可追溯到其他標(biāo)準(zhǔn)。另一個通常用于檢查Stratum 1時鐘源精度的標(biāo)準(zhǔn)是GPS系統(tǒng)。 GPS接收器也可以可直接用作Stratum 1質(zhì)量的來源。
Stratum 1時鐘管理,操作和維護(hù)可能是一項代價高昂的工作。原子來源可能不長免維護(hù)操作間隔,并且可能在沒有指示源關(guān)閉的情況下經(jīng)歷故障頻率。此外,如果Stratum 1時序源顯示不準(zhǔn)確,則網(wǎng)絡(luò)必須能夠接受另一個網(wǎng)絡(luò)的時間,直到問題得到糾正。因此,GPS是有吸引力的,以確保準(zhǔn)確性和晶振最小化成本。
表A:層時鐘要求和層次結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)滑動,會發(fā)生什么?
如果由于時鐘系統(tǒng)處于保持狀態(tài)而發(fā)生幀滑動,那么懲罰是什么?是連接的設(shè)備停止工作?通常不會。語音設(shè)備傾向于快速重新獲取幀同步,從而導(dǎo)致流行音樂或點擊,這通常不是問題。數(shù)據(jù)電路會丟失一些位數(shù),具體取決于數(shù)據(jù)速率傳輸,以及是否正在使用前向糾錯。
一些提供添加和刪除服務(wù)的多路復(fù)用設(shè)備會中斷所有輸出中繼,同時成為新的同步源被收購了。如果由于電路噪聲,這種中斷可能使網(wǎng)絡(luò)暫時無用,如滑動導(dǎo)致下游進(jìn)一步下滑(誤差或滑移倍增)。
時鐘系統(tǒng)在電路損傷期間提供穩(wěn)定的石英晶體振蕩器頻率源。連接的設(shè)備不會受影響直到時鐘保持漂移導(dǎo)致滑動。穩(wěn)定的時鐘將改變遇到問題的網(wǎng)絡(luò)每天兩到三次,通過主要的行李箱中斷維持時間。網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)運營只要修理時間與第一次框架滑動的時間相當(dāng),在修理中斷之前沒有損壞(見表A)。
由于偶爾會出現(xiàn)偶然滑動,因此最好的辦法是盡量減少其發(fā)生率。通過細(xì)心時鐘系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)工程,可以以合理的成本和優(yōu)秀的時序?qū)崿F(xiàn)接近完美的時序可靠性和可維護(hù)性。
為了計算漂移的滑移率,假設(shè)一個頻率偏移等于24小時內(nèi)的上述漂移,這會累積位滑動直到累積了193位。各種原子和晶體振蕩器的漂移率是眾所周知的,通常不是這樣線性或不一定不斷增加。
每一顆小小的貼片晶振看似不起眼,但是都能發(fā)揮很大的作用,在生產(chǎn)制造的過程中,運用了幾十種到上百種不同的工藝技術(shù)和加工工藝,結(jié)合了無數(shù)人的心血,然而晶體這個領(lǐng)域,還不算完全被解剖,仍有許多秘密等待科學(xué)家和工程人員發(fā)現(xiàn)和利用。
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