800G 與 1.6T 高速光通訊用石英振盪器
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。
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。
正在尋找適合下一代高速設計的 312.5 MHz 時脈方案？
歡迎聯絡安碁科技，與我們討論您的時脈需求、申請樣品，或評估適合您下一代高速設計的 312.5 MHz 差分振盪器系列。
