SiTime 高性能MEMS时钟方案在5G中的应用

一、什么是5G

 

5G是第五代移动通信技术（5th-Generation）的简称，是新一代的蜂窝移动通信技术，也是继4G、3G、2G系统之后的延伸，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节少能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备链接。

 

二、4G与5G核心网的区别

 

面向5G时代，预计随着流量陡增，4G核心网架构存在如下局限：

 

1）PGW存在潜在的流量瓶颈在4G网络中，所有的数据面（用户面）流量都通过P-GW，这种集中式的架构尽管便于管理和维护，但受限于网络回传流量。2）网络功能依赖于专用硬件3）封闭的生态

 

为此，需对5G核心网架构进行重新设计：

 

1）控制面和用户面分离的分布式架构分布式的用户面可解决海量数据流量带来的瓶颈，同时，集中化、简化的控制面可增强网络管理能力。2）虚拟化的软件与硬件解耦

3）通过开放的架构/API引入创新服务

三、5G应用对时钟的要求

从4G到5G，与之前的技术迭代升级都大不相同。当然从4G到5G也不仅仅只是上网速度更快了这么简单。借用苹果的一句话说，那就是“Not than Faster”. 正是有了5G的出现，万物互联、工业4.0等才有望实现，这个世界也将真真正正的被改变。

但由于5G使用了频率更高，相应的波长也就更短的毫米波技术。速度是大大的提升了，但由于毫米波的覆盖距离更短，所以需要10倍以上的网络设备数量才能达到与之前4G相同的覆盖水平。5G技术有如下三个因素，导致了我们对10倍以上的网络设备的需求：1、更高的带宽：5G网络使用大量的MIMO和400G光传输技术，以支持10倍的移动下载速度及10000倍的流量。2、云端：5G在基于云的基础设施（如：运营商级的以太网）上响应，以连接所有的设备，实现最大的带宽效率。3、高密度：5G设备要部署在离最终用户更近的地方，所以会导致大量的设备被投放在不确定的环境因素中，如路边、屋顶、地下室、路灯、体育场、写字楼等地方。如上因素，导致了5G网络对时钟的要求也比4G严格10倍以上。5G的云化，需要端到端是时间精度控制在130ns的级别，以保证基础设施的5G连接。这个要求不仅比4G的1500ns精度严格10倍以上，而且要求使用符合IEEE 1588的精准时钟协议的时钟器件，如时钟同步器件、高精度TCXO（温补振荡器）和OCXO（恒温振荡器）产品。

除了时钟同步解决方案之外，5G还需要极低噪声和低抖动的时钟器件，以支持400G 光模块和Massive MIMO设备。

四、“Cascade”系列产品的优势

SiTime可提供完整的MEMS时钟解决方案，包括低抖动单端及差分振荡器、高精度TCXO、OCXO产品、时钟发生器、抖动消除时钟器件、同步时钟等相关产品。这些MEMS时钟解决方案相较于传统的石英器件，在对应使用环境的气流变化、温度变化、高温、振动以及电源的不稳定性带来的频率不稳定性，具有10倍优于石英产品的特性。

SiTime的“Cascade”系列产品包括时钟发生器、抖动消除器件、时钟同步产品等系列，可独立或与SITIME的Elite TCXO/OCXO、 MEMS振荡器等一起使用，可为5G网络中的所有设备提供全套的精准时钟方案。可广泛用于RRU、AAU、BBU、Massive MIMO、5G Small cells 等相关产品中。

五、“Cascade”系列产品介绍

“Cascade”系列产品一功能简介：

• 集成MEMS谐振器消除了石英相关的性能和可靠性问题
• 灵活的输入输出频率转换和抖动衰减，4个输入，多达11个输出
• 宽输出频率支持
• 8 kHz至2.1 GHz的差分输出
• 从8 kHz到250 MHz的LVCMOS输出
• 1 PPS（每秒脉冲数）输出
• 宽输入频率支持
• 从8 kHz到750 MHz的差分输入
• 从8 kHz到250 MHz的LVCMOS输入
• 可单独配置的输出格式和VDD电源
• LVPECL、CML、HCSL、LVDS或LVCMOS
• 1.8V、2.5V或3.3V
• 每个PLL的可编程抖动衰减带宽：1 mHz到4 kHz
• 同步、保持或自由运行运行模式
• 锁定到有间隙的时钟输入以支持OTN
• 切换准同步时钟的可编程频率斜坡
• 通过I2C或SPI的DCO模式，分辨率为0.005 ppb
• 可编程输出延迟控制
• 芯片状态监测指标：锁丢失、时钟丢失、频率漂移
• 工业标准64针9 x 9毫米封装