Differenzielle Quarzoszillatoren in optischen Kommunikationsmodulen: Anwendungen und Schlüsseltechnologien

Mit der Entwicklung der optischen Kommunikationstechnik hin zu höheren Datenraten, größerer Dichte und geringerem Energieverbrauch sind die Stabilität und Störfestigkeit von Taktsignalen zu entscheidenden Faktoren für die Systemleistung geworden. Differenzielle Quarzoszillatoren (Differential Crystal Oscillators) setzen sich dank ihres einzigartigen Signalübertragungsmechanismus zunehmend als zentrale Taktgeber in optischen Modulen (z. B. 400G/800G-Transceivern) durch.

I. Anforderungen und Herausforderungen an Taktsignale in optischen Modulen

In optischen Kommunikationssystemen müssen optische Module elektrische Signale effizient in optische Signale umwandeln. Kernelemente wie Lasertreiber, TIA-Verstärker (Transimpedance Amplifier) und CDR-Schaltungen (Clock Data Recovery) stellen hohe Anforderungen an Taktsignale:

1.Geringes Phasenrauschen und Jitter: Bei Hochgeschwindigkeitsübertragungen (z. B. 56Gbps PAM4, 112Gbps NRZ) muss der Jitter unter 100 fs (Femtosekunden) liegen, um Bitfehlerraten (BER) zu minimieren.

2.Elektromagnetische Störfestigkeit (EMI): In hochintegrierten Modulen herrscht eine komplexe elektromagnetische Umgebung, die herkömmliche Single-Ended-Taktsignale stören kann.

3.Temperaturstabilität: Module müssen eine Frequenzstabilität von ±2,5 ppm im Temperaturbereich von -40°C bis 85°C gewährleisten.

II. Technische Vorteile differenzieller Quarzoszillatoren

Im Vergleich zu Single-Ended-Oszillatoren verbessern differenzielle Quarzoszillatoren die Systemleistung durch die Ausgabe gegenphasiger Differenzialsignale (z. B. LVDS, LVPECL):

1.Erhöhte Störfestigkeit
• Unterdrückung von Gleichtaktrauschen: Durch Subtraktion der Differenzialsignale werden Gleichtaktstörungen (z. B. Spannungsschwankungen) eliminiert.
• Reduzierte EMI-Emissionen: Die symmetrische Signalcharakteristik reduziert die Abstrahlung um ca. 20 dB.

2.Optimierte Signalintegrität
• Hohe Anstiegsgeschwindigkeit (Slew Rate): Schnelle Flankenübergänge unterstützen SerDes-Schnittstellen mit 56Gbps und mehr.
• Vereinfachte Impedanzanpassung: Differenzielle Leiterbahnen mit 100-Ω-Impedanz passen ideal zu Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs.

3.Energieeffizienz
• Differenzielle Oszillatoren (z. B. LVDS) verbrauchen nur 60–70 % der Leistung von Single-Ended-Oszillatoren und erfüllen so Low-Power-Anforderungen (z. B. QSFP-DD).

III. Typische Anwendungen in optischen Modulen

1.Taktquelle für Hochgeschwindigkeits-SerDes
• Anwendung: Bereitstellung von Referenztakten für PAM4-Modulatoren und CDR-Schaltungen.
• Beispielparameter: 156,25 MHz oder 312,500 MHz mit Jitter <50 fs RMS (12 kHz–20 MHz).

2.Mehrkanal-Synchronisation
• Anwendung: Phasensynchronisation in Multi-Channel-Modulen (z. B. CFP2/QSFP-DD) über differenzielle Taktverteilung.
• Schlüsseltechnologie: Mehrfachausgänge (z. B. 4 LVDS-Kanäle) minimieren Clock Skew auf ±50 ps.

3.Temperaturkompensation
• Differenzielle TCXO: Integrierte Temperatursensoren und Kompensationsalgorithmen gewährleisten Frequenzstabilität ≤±2,5 ppm im gesamten Temperaturbereich.

IV. Branchentrends und Auswahlkriterien

1.Technologische Entwicklungen
• Höhere Frequenzen: Differenzielle Oszillatoren bis 224 GHz für 1,6T-Module.
• Miniaturisierung: 2520-Gehäuse (2,5 × 2,5 mm) ersetzen 5032/7050 für CPO (Co-Packaged Optics).
• Integration: Oszillatoren mit integrierten Filtern und Spread-Spectrum-Funktionen vereinfachen Schaltungen.

Auswahlkriterien (Industriebereich)

Hangjing-Modelle:
1532C6-156.250K18DTSTL

1553D-156.250K33DTSTL 

1575C-156.250K33DTSTL
1532D-312.500J33DTL 

1553D-312.500K33DTL

3.Auswahlkriterien (Hochpräzise TCXO)
Hangjing-Serien TC32D6/TC32P6/TC53H8 erfüllen hohe Anforderungen:

Für hochpräzise differenzielle TCXOs kontaktieren Sie bitte Hangjing. Unsere Ingenieure bieten maßgeschneiderte Lösungen.

Zusammenfassung

Differenzielle Quarzoszillatoren sind aufgrund ihrer Störfestigkeit, geringen Jitterwerte und Kompaktheit unverzichtbare Komponenten in Hochgeschwindigkeitsmodulen. Mit dem Aufkommen von 800G/1,6T-Systemen wird diese Technologie weiterhin die Leistungsgrenzen der optischen Kommunikation verschieben.

Für technische Unterstützung oder spezifische Anforderungen wenden Sie sich bitte an das Hangjing-Team.