Silicon Labs：满足网络提速对时钟产品的新需求

根据最新发布的思科可视化网络指数预测，未来五年全球全数字化转型将继续对IP网络需求产生重要影响。到2021年，全球互联网用户将增长至46亿（占全球人口的58%）；个人设备和机器对机器（M2M）连接将被更广泛地采用，其数量将增长至271亿；而视频观看量也将上升，在IP总流量中的占比将从2016年的73%增长至82%。特别可观的是，2021年网络平均宽带速度将比2016提高一倍，达到53.0Mbps。网络迈向更高的速度将对时钟产品提出哪些新的性能需求呢？Silicon Labs时钟产品资深营销总监James Wilson给出了答案。

Wilson告诉21ic记者：“在接下来的几年中，服务提供商将通过部署小型蜂窝网络、超小型蜂窝网络、DAS、μ-BTS和回传设备来构建5G网络。通过增加室外网络覆盖和容量，改善室内信号接收，和现有的4G/LTE网络相辅相成。随着运营商逐渐转移到使用基于以太网的eCPRI前传网络来增加基带单元与远程无线电头之间的前传连接的容量，他们开始在网络边缘部署异构网络（HetNet）设备。而成本、功耗和尺寸限制成为HetNet设备硬件设计人员要面临的特殊挑战。”

针对这一需求，Silicon Labs推出了Si5381/82/86系列高性能、多通道抖动衰减时钟产品。这一系列采用Silicon Labs经过验证的DSPLL技术，在单芯片中集成了4G/LTE和以太网时钟，可替代通常在要求更高的小型蜂窝网络、分布式天线系统、μ-BTS、BBU和前传/回传设备等应用中所需的多个时钟器件和VCXO。

如下图所示，和传统实现方案相比，采用在单个IC中结合4G/LTE和以太网时钟的Si538x系列，在功耗和面积上具有显著优势。Si538x系列大大简化了HetNet设备中的时钟生成，可提供与竞争方案相比功耗降低55%、占板面积减小70%的突破性解决方案。

图：和传统方法对比，采用集成多个锁相环的Si538x系列大大节省了面积和功耗

值得一提的是，基带单元具有复杂的时钟要求，需要多个独立时钟域，包括用于CPRI到远程无线电头连接的时钟域，用于基于以太网的eCPRI前传网的时钟域和用于本地基带处理的通用时钟的时钟域。Si5381/82正满足了这一需求，该系列集成了一个高速、低相噪DSPLL用于支持高达3GHz的无线频率，同时采用多个灵活的任意频率DSPLL来提供以太网和通用时钟。

据Wilson介绍，在数据中心市场，超高速数据中心正在迅速从10G迁移到25G、50G和100G以太网，以便加速数据传输和提高网络效率。以太网交换机、网络处理器和服务器SoC等设备在单个IC中集成了数据路径处理、CPU功能和多个SerDes，因此这些设备需要多样化的参考时钟组合。与此同时10/25/100G SerDes具有严格的抖动要求，通常需要具有小于300fs rms最大抖动性能的时钟，而CPU锁相环具有较低的抖动要求，但经常使用扩频时钟来最小化电磁干扰。

为了同时满足上述10/25/100G应用对时钟方案的需求，Silicon Labs推出了Si5332时钟系列，利用经过验证的MultiSynth小数时钟合成技术，提供具有一流频率灵活性和230fs rms抖动性能，以及多种覆盖6、8和12个时钟输出的选项，可为要求严苛的应用实现时钟树整合。

如下图所示的10/25/100G以太网交换机应用实例，Si5332将所有时钟整合到单一IC中，同时为系统锁相环、SerDes锁相环、PCI Express 4.0和FPGA提供显著的抖动余量。其中，PCI Express 4.0是PCI-SIG组织推出的最新标准，支持16GT/s数据速率。Si5332系列产品完全符合PCI Express 4.0标准，能实现约60%的抖动余量。同时，Si5332还能够减少50〜75％的电流消耗，减少25〜50％的尺寸。

图：10/25/100G以太网交换机应用实例

随着5G商用时间表的出台，5G的脚步已经越来越近。和4.5G不同，5G提出了全网时钟同步需求。要升级到网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准IEEE1588，就要求每个RU都采用更加严格的参考时钟。Wilson预言，到2021年，中国将成为全球最大的5G市场，Silicon Labs已经开始研发面向5G的时钟方案。