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800G 與 1.6T 高速光通訊用石英振盪器

October29, 2026
應用

隨著 AI 運算、雲端基礎建設與高效能運算(HPC)持續推升資料傳輸速率,光通訊系統正逐步邁向 800G、1.6T,甚至未來多 Tbps 等級的傳輸架構。

在這些高速系統中,精準的時脈不只是維持基本訊號完整性,更是高速資料處理、時脈產生與網路同步的重要基礎。

石英振盪器可提供穩定的參考時脈,協助數位訊號處理器(DSP)、串列器/解串器(SerDes)與鎖相迴路(PLL)建立所需的頻率穩定度與時序性能。

隨著資料吞吐量提升,振盪器的相位抖動、相位雜訊、頻率穩定度、輸出格式與封裝尺寸,對整體系統設計的重要性也隨之提高。

了解這些關鍵參數,是高速光模組與網路設備選擇適合時脈元件的重要第一步。

800G 與 1.6T 高速光通訊用石英振盪器

為什麼石英振盪器對高速光通訊如此重要?

光收發模組會將電氣資料轉換成光訊號,經由光纖傳輸,再將接收到的光訊號轉換回電氣資料。

在光模組內部,DSP 與 SerDes 需要依靠參考頻率進行高速資料處理與時脈運作。

石英振盪器利用石英諧振器產生可預期且穩定的頻率,並可依系統需求設計頻率穩定度、相位雜訊與相位抖動性能,因此非常適合作為需要精準時序的電子系統參考時脈來源。

當資料傳輸速率提升時,工程師必須確認參考振盪器是否符合接收晶片的規格要求,並能在整體系統時序預算中維持適當的性能。

因此,石英振盪器被廣泛應用於高速電子介面,提供穩定且可預期的參考時脈。


800G 與 1.6T 如何改變時脈需求?

更高速的網路架構,對電氣介面、訊號處理與時脈產生提出更高要求。

PAM4 使用四個訊號準位傳輸資料,相較傳統 NRZ,可在相近符號速率下提供更高的資料吞吐量;但由於眼圖垂直開口較小,系統對雜訊與時序裕量也更加敏感。

光通訊世代 主要訊號技術 參考時脈趨勢 關鍵時序考量
100G NRZ 156.25 MHz 頻率穩定度與基本抖動性能
400G PAM4 156.25 MHz / 312.5 MHz 更低抖動與更佳相位雜訊
800G PAM4 156.25 MHz / 312.5 MHz 超低抖動與高品質 DSP / SerDes 時脈
1.6T PAM4 / 224 Gbps 等級 SerDes 312.5 MHz / 625 MHz 更嚴格的相位抖動、相位雜訊與時序裕量要求

因此,振盪器的選擇是整體光收發模組時序設計的一部分。

主要規格包括:

  • 相位抖動:衡量時脈在時間上的變動,並影響整體系統的抖動預算。
  • 相位雜訊:描述不同偏移頻率下的相位波動,並可能影響後端時脈產生。
  • 頻率穩定度:表示振盪器在特定條件下維持指定頻率的能力。
  • 電氣相容性:確保振盪器輸出符合接收晶片的介面需求。
  • 功耗與封裝尺寸:影響高密度、低功耗網路設備的整合設計。

實際所需的規格仍取決於光模組架構、DSP、SerDes、PLL 與整體系統設計。


312.5 MHz 振盪器如何支援高速網路?

在相容的高速網路架構中,312.5 MHz 振盪器可作為 DSP、SerDes 與相關時脈產生電路的外部參考時脈來源。

在部分 PLL 架構中,相較於 156.25 MHz 參考時脈,使用 312.5 MHz 可降低產生特定內部時脈頻率時所需的倍頻倍率。

實際的抖動與相位雜訊表現,仍取決於 PLL 設計以及整體時脈系統特性。

對開發高速平台的工程師而言,最重要的是選擇符合目標晶片之參考頻率與時序需求的振盪器。


為什麼高速光模組採用差分時脈?

高速光模組內部具有高密度電路、高速資料線、交換式電源,以及 DSP/SerDes 等高速元件,因此更容易面臨電磁干擾與串音問題。

差分時脈具有較佳的共模雜訊抑制能力,可協助高速系統維持訊號完整性。

但實際使用的差分輸出格式,仍必須符合 DSP、ASIC 或 SerDes 的時脈輸入規格。

常見的差分輸出格式包括:

  • LVPECL
  • LVDS

LVPECL 與 LVDS:如何選擇適合的差分時脈?

LVPECL 與 LVDS 都可支援高速時脈應用,但在訊號擺幅、功耗與系統需求上有所不同。

  • LVPECL 具有較大的訊號擺幅與快速的訊號轉換速度,適合對訊號完整性與時序性能要求較高的高速系統。
  • LVDS 採用較低的訊號擺幅,可降低功耗,同時維持低雜訊與高速傳輸特性,適合空間與功耗受限的設計。

最佳選擇仍需依據目標晶片的輸入規格、系統功耗預算與相位抖動需求決定。

安碁科技提供多種差分輸出選項,以支援不同高速網路與光通訊設計。

特性 LVPECL LVDS 選型考量
訊號擺幅 較高 較低 LVPECL 擁有較大擺幅;LVDS 較小擺幅有助於降低高頻 EMI
訊號邊緣速度 快 快 兩者皆具備適合高頻時脈的快速轉換特性
功耗 相對較高 較低 LVPECL 具較強驅動能力但功耗較高;LVDS 適合空間與功耗受限設計
抗雜訊能力 優良 優良 兩者皆利用差分訊號有效抑制共模雜訊與高密度模組中的串音

石英振盪器在高速光網路中的應用

石英振盪器可廣泛應用於通訊與資料基礎設施,提供穩定的參考時脈。

  • 800G 與 1.6T 光收發模組:為相容的 DSP、SerDes 與時脈產生架構提供參考時脈。
  • AI 資料中心網路:支援連接伺服器與 AI 加速器的交換器與網路設備。
  • 高速乙太網交換器:作為相容交換器 ASIC 與 PHY 元件的時脈來源。
  • 電信與光傳輸網路:應用於光通訊基礎設施中的頻率控制元件。
  • 高效能運算:為需要穩定時脈產生與高速資料傳輸的系統提供參考時序。

實際振盪器選擇仍取決於目標系統架構、電氣規格與整體時序預算。


安碁科技如何支援高速光通訊應用?

安碁科技提供高速光通訊與網路應用所需的頻率控制解決方案,以滿足嚴格的時序、穩定度與訊號完整性需求。

安碁科技 差分振盪器產品線包含 312.5 MHz 系列,並提供 LVDS 與 LVPECL 輸出選項;部分型號的典型均方根相位抖動可低至 27 fs。

這些產品可協助工程師依據 DSP、ASIC 與 SerDes 平台需求,在抖動、功耗與系統整合之間取得適當平衡。

安碁科技多元的頻率控制產品,可為高速光通訊與資料基礎設施的開發提供不同配置選擇。


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