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800G 与 1.6T 高速光通信用石英振荡器

October29, 2026
应用

随着 AI 运算、云端基础设施与高性能计算(HPC)持续推升数据传输速率,光通信系统正逐步迈向 800G、1.6T,甚至未来多 Tbps 等级的传输架构。

在这些高速系统中,精准的时钟不只是维持基本信号完整性,更是高速数据处理、时钟产生与网络同步的重要基础。

石英振荡器可提供稳定的参考时钟,协助数字信号处理器(DSP)、串行器/解串器(SerDes)与锁相环(PLL)建立所需的频率稳定度与时序性能。

随着数据吞吐量提升,振荡器的相位抖动、相位噪声、频率稳定度、输出格式与封装尺寸,对整体系统设计的重要性也随之提高。

了解这些关键参数,是高速光模块与网络设备选择合适时钟元件的重要第一步。

800G 与 1.6T 高速光通信用石英振荡器

为什么石英振荡器对高速光通信如此重要?

光收发模块会将电气数据转换成光信号,经由光纤传输,再将接收到的光信号转换回电气数据。

在光模块内部,DSP 与 SerDes 需要依靠参考频率进行高速数据处理与时钟运作。

石英振荡器利用石英谐振器产生可预期且稳定的频率,并可依系统需求设计频率稳定度、相位噪声与相位抖动性能,因此非常适合作为需要精准时序的电子系统参考时钟来源。

当数据传输速率提升时,工程师必须确认参考振荡器是否符合接收芯片的规格要求,并能在整体系统时序预算中维持适当的性能。

因此,石英振荡器被广泛应用于高速电子接口,提供稳定且可预期的参考时钟。


800G 与 1.6T 如何改变时钟需求?

更高速的网络架构,对电气接口、信号处理与时钟产生提出更高要求。

PAM4 使用四个信号电平传输数据,相较传统 NRZ,可在相近符号速率下提供更高的数据吞吐量;但由于眼图垂直开口较小,系统对噪声与时序裕量也更加敏感。

光通信世代 主要信号技术 参考时钟趋势 关键时序考量
100G NRZ 156.25 MHz 频率稳定度与基本抖动性能
400G PAM4 156.25 MHz / 312.5 MHz 更低抖动与更佳相位噪声
800G PAM4 156.25 MHz / 312.5 MHz 超低抖动与高品质 DSP / SerDes 时钟
1.6T PAM4 / 224 Gbps 等级 SerDes 312.5 MHz / 625 MHz 更严格的相位抖动、相位噪声与时序裕量要求

因此,振荡器的选择是整体光收发模块时序设计的一部分。

主要规格包括:

  • 相位抖动:衡量时钟在时间上的变动,并影响整体系统的抖动预算。
  • 相位噪声:描述不同偏移频率下的相位波动,并可能影响后端时钟产生。
  • 频率稳定度:表示振荡器在特定条件下维持指定频率的能力。
  • 电气兼容性:确保振荡器输出符合接收芯片的接口需求。
  • 功耗与封装尺寸:影响高密度、低功耗网络设备的集成设计。

实际所需的规格仍取决于光模块架构、DSP、SerDes、PLL 与整体系统设计。


312.5 MHz 振荡器如何支持高速网络?

在兼容的高速网络架构中,312.5 MHz 振荡器可作为 DSP、SerDes 与相关时钟产生电路的外部参考时钟来源。

在部分 PLL 架构中,相较于 156.25 MHz 参考时钟,使用 312.5 MHz 可降低产生特定内部时钟频率时所需的倍频倍率。

实际的抖动与相位噪声表现,仍取决于 PLL 设计以及整体时钟系统特性。

对开发高速平台的工程师而言,最重要的是选择符合目标芯片之参考频率与时序需求的振荡器。


为什么高速光模块采用差分时钟?

高速光模块内部具有高密度电路、高速数据线、开关电源,以及 DSP/SerDes 等高速元件,因此更容易面临电磁干扰与串扰问题。

差分时钟具有较佳的共模噪声抑制能力,可协助高速系统维持信号完整性。

但实际使用的差分输出格式,仍必须符合 DSP、ASIC 或 SerDes 的时钟输入规格。

常见的差分输出格式包括:

  • LVPECL
  • LVDS

LVPECL 与 LVDS:如何选择合适的差分时钟?

LVPECL 与 LVDS 都可支持高速时钟应用,但在信号摆幅、功耗与系统需求上有所不同。

  • LVPECL 具有较大的信号摆幅与快速的信号转换速度,适合对信号完整性与时序性能要求较高的高速系统。
  • LVDS 采用较低的信号摆幅,可降低功耗,同时维持低噪声与高速传输特性,适合空间与功耗受限的设计。

最佳选择仍需依据目标芯片的输入规格、系统功耗预算与相位抖动需求决定。

安碁科技提供多种差分输出选项,以支持不同高速网络与光通信设计。

特性 LVPECL LVDS 选型考量
信号摆幅 较高 较低 LVPECL 拥有较大摆幅;LVDS 较小摆幅有助于降低高频 EMI
信号边缘速度 快 快 两者皆具备适合高频时钟的快速转换特性
功耗 相对较高 较低 LVPECL 具较强驱动能力但功耗较高;LVDS 适合空间与功耗受限设计
抗噪声能力 优良 优良 两者皆利用差分信号有效抑制共模噪声与高密度模块中的串扰

石英振荡器在高速光网络中的应用

石英振荡器可广泛应用于通信与数据基础设施,提供稳定的参考时钟。

  • 800G 与 1.6T 光收发模块:为兼容的 DSP、SerDes 与时钟产生架构提供参考时钟。
  • AI 数据中心网络:支持连接服务器与 AI 加速器的交换机与网络设备。
  • 高速以太网交换机:作为兼容交换机 ASIC 与 PHY 元件的时钟来源。
  • 电信与光传输网络:应用于光通信基础设施中的频率控制元件。
  • 高性能计算:为需要稳定时钟产生与高速数据传输的系统提供参考时序。

实际振荡器选择仍取决于目标系统架构、电气规格与整体时序预算。


安碁科技如何支持高速光通信应用?

安碁科技提供高速光通信与网络应用所需的频率控制解决方案,以满足严格的时序、稳定度与信号完整性需求。

安碁科技 差分振荡器产品线包含 312.5 MHz 系列,并提供 LVDS 与 LVPECL 输出选项;部分型号的典型均方根相位抖动可低至 27 fs。

这些产品可协助工程师依据 DSP、ASIC 与 SerDes 平台需求,在抖动、功耗与系统集成之间取得适当平衡。

安碁科技多元的频率控制产品,可为高速光通信与数据基础设施的开发提供不同配置选择。


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