現(xiàn)在5G已經(jīng)是一個很熱門的關(guān)鍵詞了,但是你真的了解什么是5G嗎?簡單的說,5G就是第5代通信協(xié)議,它比我們現(xiàn)在用的4G網(wǎng)速要高很多倍,是造福全社會的技術(shù),目前中國的5G技術(shù)遙遙領(lǐng)先,是全球最大的5G基站及其他設(shè)備的出口國.相關(guān)的行業(yè)也在蠢蠢欲動,力求能拿到5G大單,帶動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟,MEMS晶振是一種可編程,靈活性高,性能好,品質(zhì)高,成本低的頻率元件,已經(jīng)被列入到5G方案中.
如果您參與了蜂窩技術(shù)的設(shè)計,您就會知道復(fù)雜性是什么樣的.協(xié)議和標準像許多搖擺不定的構(gòu)建塊一樣堆疊在一起.它一起工作是對細致的規(guī)格,精心設(shè)計和細致時機的證明.今天,5G風靡一時,而這一次也沒有什么不同-實際上,它會變得更加強硬.與前幾代產(chǎn)品相比,5G有望成為更多應(yīng)用的首選解決方案.因此,期望很高-這意味著,為了實現(xiàn)5G的承諾,必須仔細規(guī)劃和實施規(guī)格,設(shè)計和時間安排.

5G全是關(guān)于更加強硬的時機:
由于多種原因,5G技術(shù)將對時序解決方案施加的壓力遠遠超過過去.
•更高的頻率意味著更短的時間-更多的工作必須在更短的時間內(nèi)完成.
•將更加謹慎地使用帶寬;渠道將更緊張.這意味著可以容忍更少的時間斜率.
•較高的晶振頻率意味著較短的距離和較少的轉(zhuǎn)彎能力.這意味著更多的無線電,每個無線電覆蓋更小的區(qū)域.對于每個當前的4G無線電,預(yù)計大約10或20個5G無線電的數(shù)量級.
問題是:130納秒的無線電對無線電延遲預(yù)算.這就分解成兩個無線電之間每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點10ns的預(yù)算.就透視而言,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定時精度為15納秒(99.7%的時間).這意味著更少的信道間干擾,有助于更好地使用帶寬.你可能認為這沒什么大不了的——至少在名義條件下是這樣——但試著讓這個時機在所有條件下都保持不變.
保持所有這一切順利進行所需的時間將給計時源帶來難以置信的負擔.對于本地定時,它需要MEMS時鐘的準確性,穩(wěn)定性和可靠性.
網(wǎng)絡(luò)時間源:
5G系統(tǒng)中將有三個時序源.主要來源是網(wǎng)絡(luò)本身,使用IEEE 1588標準接收定時,以及通過以太網(wǎng)同步定時的SyncE頻率.但是,如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障,那么就無法從網(wǎng)絡(luò)中獲取時間.備份是GNSS,每秒提供一個脈沖.不是非常精確,但有用.但是如果你的設(shè)備沒有強大的GNSS信號呢？您需要留出時間,直到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)或您的設(shè)備也會停機.
因此,一個非常重要的角色是保持時鐘：一個本地派生的時鐘,一直持續(xù)到主時鐘返回源.它就像一個飛輪,即使在沒有被主動驅(qū)動的情況下也能以恒定的速度旋轉(zhuǎn).這要求一個非常穩(wěn)定的時鐘源,沒有“活動下降”和石英晶體振蕩器表現(xiàn)出突然的頻率跳躍.
保持時鐘必須保持多長時間取決于網(wǎng)絡(luò)運營商;沒有標準.在邊緣設(shè)備附近,保持時鐘應(yīng)在2或4小時內(nèi)漂移不超過1μs.同時,靠近后端,時鐘在8或12或24小時內(nèi)不應(yīng)漂移超過1μs.特定持續(xù)時間由網(wǎng)絡(luò)運營商選擇.例如,您可能會發(fā)現(xiàn)在印度,網(wǎng)絡(luò)運營商需要更嚴格的規(guī)范-特別是因為基礎(chǔ)設(shè)施的其他部分不夠強大.

圖1.網(wǎng)絡(luò)同步器選擇三個定時源之一,在切換期間沒有相位跳變.

當然,你不能只有一個簡單的開關(guān)來選擇這些來源.因為它們彼此完全獨立,所以它們不是相位對齊的.如果你只是從一個切換到另一個,你會得到相位跳躍,可能會導(dǎo)致嚴重的下游問題.因此,網(wǎng)絡(luò)同步器負責執(zhí)行“隱藏”切換-在輸出時鐘信號的相位中選擇沒有中斷的源.
是什么讓時機變得艱難？
采取已經(jīng)緊張的4G時序,使其更緊湊,然后將設(shè)備放置在以前沒有的苛刻地點.簡而言之,這就是5G,它為任何本地時鐘源帶來了許多挑戰(zhàn).
振動:
第一個問題是振動.在更多的地方有更多的無線電-比如在公路旁邊的電線桿上-你將在惡劣的環(huán)境中擁有更多的設(shè)備.想象一下,當一輛重型卡車駛過并晃動附近的一切時.定時源必須不受這種振動的影響.有源晶振很容易發(fā)出嘎嘎聲,并且只要振動持續(xù),它們就會超出規(guī)格.這可能是附近長貨運列車的幾分鐘,或者在刮風的日子甚至更長.相比之下,MEMS振蕩器不會因振動而超出規(guī)格.

圖2.溫補晶振對熱,氣流和快速溫度變化敏感,表現(xiàn)出顯著的頻率變化,而MEMS TCXO在這些條件下非常穩(wěn)定.
快速溫度變化:
好像它不足以在熾熱的太陽和寒冷的條件下操作,你可以在發(fā)生快速溫度變化的情況下使條件變得更加困難.例如,如果你曾經(jīng)在西南地區(qū),那里碰撞的前鋒和一股移動的噴射流將冷熱氣團聚集在一起,環(huán)境溫度可以在幾分鐘內(nèi)改變20°C.這會對時鐘源造成進一步的壓力,因為當溫度升高或降溫時,它會暴露在急劇的溫度梯度中.Quartz很難處理快速的溫度變化.頻率可以跳過數(shù)百ppb(十億分之一),超出規(guī)格,然后花費幾分鐘來恢復(fù)所需的頻率.相比之下,MEMS定時裝置可以保持穩(wěn)定.
5G時序需要MEMS振蕩器:
采用5G設(shè)計,時序比以往任何時候都重要.如果沒有嚴密,精確的時鐘源,5G的承諾將只會如此大肆宣傳.MEMS振蕩器的炒作變?yōu)楝F(xiàn)實;這是網(wǎng)絡(luò)運營商如何確保他們的網(wǎng)絡(luò)不會由于計時功能而下降的原因.來自SiTime晶振等公司的MEMS振蕩器可以在5G設(shè)備將要接觸的各種條件下不受干擾地運行.與石英相比,MEMS振蕩器：
•溫度額定值高達125°C
•具有10倍的石英抗振性
•不會出現(xiàn)微相跳躍,減少掉線次數(shù)
•具有100倍的石英可靠性,最大限度地減少了卡車運輸(例如,SiTime在超過10億個出貨單元中的現(xiàn)場故障為零).事實上,MEMS晶振能夠以五分之一的能耗來完成所有這一切,這意味著,不同尋常的是,確實沒有權(quán)衡取舍.MEMS很有可能成為計劃在短短幾年內(nèi)投入使用的眾多5G設(shè)計的首選時鐘源.
熱:
5G設(shè)備將放置在每個可以想象的環(huán)境中.這意味著一些設(shè)備會變得非常熱;其他人將在非常寒冷的條件下運作.明尼阿波利斯的相同設(shè)備可能需要在夏季和冬季處理極端溫度.而且,由于風扇容易出現(xiàn)故障,設(shè)計人員正試圖將它們排除在外,這意味著5G設(shè)備不會內(nèi)置冷卻功能.在所有溫度下保持計時準確是非常困難的.但保持網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至關(guān)重要.這意味著即使在極端溫度條件下,網(wǎng)絡(luò)也必須繼續(xù)運行.高性能MEMS晶振可在高達125°C的溫度下干凈運行,具有極高的穩(wěn)定性.

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