在網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中,晶振頻率的選擇是根據(jù)設(shè)備的核心功能、芯片要求以及通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定的。
使用25MHz及其倍數(shù)關(guān)系的晶振,主要是因?yàn)檫@個(gè)頻率體系與以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議、芯片架構(gòu)緊密匹配,可以帶來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、成本降低和性能提升。下面詳細(xì)解釋一下這個(gè)問(wèn)題:
一、為什么選擇25MHz作為基礎(chǔ)頻率?
25MHz并不是一個(gè)隨意選擇的數(shù)字,它之所以被廣泛使用,是因?yàn)樗c網(wǎng)絡(luò)通信中一些核心頻率存在整數(shù)倍關(guān)系,便于倍頻或分頻使用。
符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率需求
- 百兆以太網(wǎng)(100BASE-TX):使用25MHz時(shí)鐘作為數(shù)據(jù)傳輸頻率。
- 千兆以太網(wǎng)(1000BASE-T):使用125MHz時(shí)鐘,即25MHz × 5。
- 10GbE(萬(wàn)兆以太網(wǎng))及以上:雖然主時(shí)鐘頻率更高(156.25MHz等),但通常仍可通過(guò)PLL從25MHz晶振倍頻得到。
這說(shuō)明,25MHz作為基礎(chǔ)時(shí)鐘頻率,可以直接或間接地支持主流以太網(wǎng)速率的PHY/MAC工作頻率。
二、技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的便利性
1.易于使用PLL實(shí)現(xiàn)倍頻
網(wǎng)絡(luò)芯片(如PHY、MAC、交換芯片)內(nèi)部常使用PLL(Phase Locked Loop,鎖相環(huán))電路來(lái)生成所需的工作時(shí)鐘頻率。25MHz是一個(gè)適中的輸入頻率,能夠高效地產(chǎn)生常見(jiàn)的高速頻率,如:
- 25MHz × 2 = 50MHz
- 25MHz × 4 = 100MHz
- 25MHz × 5 = 125MHz
- 25MHz × 6.25 = 156.25MHz(用于10GbE)
因?yàn)?5MHz是一個(gè)低整數(shù)倍數(shù)容易計(jì)算的基礎(chǔ)頻率,它使得 PLL 的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單,鎖定更快,輸出更穩(wěn)定。
2.兼容主流芯片需求
大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備芯片廠商(如 Broadcom、Realtek、Marvell、Intel 等)在PHY或MAC的輸入時(shí)鐘要求中,明確支持25MHz晶振輸入,或者提供25MHz輸入下的工作模式。
三、EMC、電路設(shè)計(jì)與成本方面的優(yōu)勢(shì)
1.EMI控制更好,信號(hào)完整性高
相較于更高頻率的晶振(如50MHz、100MHz、125MHz、150MHz及200MHz),25MHz在電磁干擾(EMI)方面具有明顯優(yōu)勢(shì):
2.晶振器件成熟、穩(wěn)定、成本低
25MHz晶振已經(jīng)是電子行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的頻率之一,具有以下優(yōu)勢(shì):
- 大量現(xiàn)成產(chǎn)品,種類(lèi)豐富;
- 制造成本低,采購(gòu)價(jià)格便宜;
- 供應(yīng)鏈成熟,交期短,品質(zhì)穩(wěn)定。
這對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商具有極大的吸引力。
四、實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用示例
以一個(gè)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)為例:
- 主控芯片要求輸入125MHz工作頻率;
- 設(shè)計(jì)時(shí)可使用一顆25MHz晶振,通過(guò)芯片內(nèi)置的PLL倍頻到125MHz;
- 同時(shí),25MHz時(shí)鐘也可通過(guò)時(shí)鐘樹(shù)分配給其他模塊,如PHY、MAC或時(shí)鐘同步模塊;
- 這樣就實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一時(shí)鐘源、簡(jiǎn)化時(shí)鐘架構(gòu)、降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。
總結(jié)
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用25MHz及其倍數(shù)關(guān)系的晶振,原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn):
原因類(lèi)別 | 具體解釋 |
協(xié)議兼容 | 符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(100M / 1G / 10G)所需的頻率倍數(shù) |
設(shè)計(jì)便利 | 易于通過(guò)PLL倍頻生成高速時(shí)鐘,簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì) |
信號(hào)完整性 | EMI低,便于滿(mǎn)足電磁兼容要求 |
成本效益 | 供應(yīng)鏈成熟、價(jià)格低、性能穩(wěn)定 |
芯片兼容 | 絕大多數(shù)PHY/MAC芯片支持25MHz晶振輸入 |
杭晶晶振在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器、以太網(wǎng))大量應(yīng)用,產(chǎn)品除工業(yè)級(jí)外,還通提供寬溫級(jí)高穩(wěn)晶振(-55~+125℃),并能提供晶振應(yīng)用及匹配方案,如您有這方面的需求,請(qǐng)隨時(shí)與杭晶銷(xiāo)售人員或技術(shù)人員聯(lián)系。
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