隨著通訊網路不斷推陳出新，不僅需要越來越快的傳輸速度，對時脈和時序需求也具備更高的標準。除了更低抖動、更低相位雜訊的解決方案之外，對更大網路頻寬的要求也不斷推動更嚴格的時序同步需求。而同樣具挑戰性的是時脈元件必須價格合理、結構精小，而設計人員更需要更高的整合度和減少外部元件。目前有兩種新興的應用推動著時脈技術的發展：AIoT(人工智慧結合物聯網)和5G行動網路。而本文也將分別論述這兩大趨勢術所帶來的時脈需求。
Silicon Labs時脈產品事業部總經理James Wilson
AIoT需要更優越時脈解決方案
AIoT技術可滿足對來自物聯網(IoT)感測器的數據進行即時處理的需求，尤其在要求低延遲的情況下。為了滿足這種需求，AIoT將數據處理從集中式的資料中心，轉移到網路邊緣的新運算平台。邊緣運算需要新型的低延遲IoT路由器、伺服器、儲存平台以及專用的機間通訊(M2M)工作負載加速器。這些應用需要頻率靈活的時脈產生器、可編程振盪器和低偏移/低抖動時脈緩衝器，來進行時脈合成和分配。
在工業物聯網應用中，感測器和機器視覺系統產生越來越多資料，並分布在乙太網路中。另外，自動駕駛顯著增加了感測器網路和即時資料處理的採用。這些應用須以更高的頻寬處理更多資料，進而提升對高效能時脈解決方案的需求。
5G要求更緊湊同步
新的5G服務將在世界各地持續普及，以為更多用戶提供更快、更高頻寬的行動連接。5G的蜂巢塔台之間將更加協調來提升通話品質，並將斷訊次數減到最小。這些新的5G服務需要更高效能、更低延遲的無線接入網路(RAN)。在時脈方面，5G RAN需要蜂巢或基地站塔台有更緊湊的同步，進而推動對更高效能時脈解決方案的需求。
5G技術在智慧家庭和工業物聯網具備廣闊的應用前景，能將越來越多的裝置連接到網際網路。因此，在未來幾年內，透過5G網路傳輸的數據量將迅速增加。這些數據大部分將儲存在雲端，電信網路到集中式資料中心之間需要更大的頻寬連接。
選擇時脈解決方案的考量
為了滿足AIoT和5G應用的需求，系統工程師在選擇時脈IC或設計時脈樹時必須考慮多方面因素，而以下將列舉出幾個重要因素：
・參考時脈
參考時脈的效能依然至關重要，因為它將直接影響通訊連結的品質。與系統需求相比，選擇一種能為抖動或相位雜訊提供顯著餘量的時脈解決方案會是一個好方法，可確保有線/無線傳輸的品質。
・串擾
串擾是另一個重要的考量要素，因為通常需要多個非整數相關的頻率副本，才能為整體系統提供必要的參考時脈。最簡單的做法是使用多個晶體振盪器，但最好採用更高整合度的解決方案，這樣可以進一步降低BOM成本和複雜性。在這些情況下，必須謹慎選擇時脈解決方案，以確保將串擾和干擾降到最低。串擾與配置息息相關，所以每種新的頻率組合都將產生新的挑戰。
・最佳整合
當需要多個時脈訊號時，應該達到的最佳整合度是重要的考量。對於簡單的應用，設計人員可以選擇使用一或兩個基本的晶體振盪器，對於複雜的應用，則需要更多時脈和更多獨特頻率。採用整合時脈產生器的解決方案通常尺寸更小、更便宜，並使設計更簡易，但由於PCB設計限制和訊號完整性問題，當很難長距離路由時脈訊號時，採用多重本地時脈源也許更適當。
・客製化方案
每個應用可能需要一組特定的頻率，卻不容易找到適合的時脈。客製化時脈解決方案可能是最好的方法。
廣泛時脈解決方案
為複雜的AIoT或5G應用評估時脈需求時，最好尋找能提供廣泛時脈解決方案組合，並在高速網路和資料中心的高效能時脈技術方面擁有豐富專業知識的供應商。例如，Silicon Labs的產品組合可提供卓越的時脈樹整合和抖動性能，進而為大量生產、成本敏感的設計，以及效能更高、更嚴格的應用實現單晶片IC解決方案。
對某些應用來說，無外部時脈參考的解決方案可能是空間受限設計的理想選擇。過去一年中，市場上陸續推出廣泛的時脈產生器和抖動衰減時脈產品組合，除免除對外部石英晶體的需求、簡化PCB布局，同時更提升了整體系統的可靠性。這些元件特別適用於空間受限的應用，而不會像採用離散式元件解決方案時往往須擔心占用空間的問題。
針對工業物聯網，市面上也有各種經濟高效的晶體振盪器和時脈產生器。舉例來說，針對自動駕駛的應用，Silicon Labs現正開發符合汽車級標準的新型時脈解決方案，該解決方案將大幅簡化時脈合成和分配，同時提升系統級的可靠度。
Silicon Labs致力於提供一流的時脈解決方案，簡化AIoT和5G應用中的時脈合成和時序同步，致力提供更好的抖動和相位雜訊效能以及時脈整合，讓設計者可採用高度優化的單晶片解決方案，有助於加速進入AIoT和5G市場。
(本文作者為Silicon Labs時脈產品事業部總經理)