石英晶振日漸式微 高速系統時脈進入PLL時代

2008-08-18
由於物理與成本考量的關係,石英晶振所能產生的時脈頻率最高僅能達到125MHz。這樣的時脈頻率對於絕大多數的消費性產品而言雖然已是綽綽有餘,但在高階機上盒(Set Top Box)、高畫質電視、以及各種電信/網路基礎設施系統中,石英晶振所能提供的時脈訊號速度不是已經顯得捉襟見肘,就是早已必須以鎖相迴路(Phase Lock Loop, PLL)來取代。
安森美標準產品部先進邏輯分部總經理Dan Huetti表示,由於以PLL為基礎的時脈方案具備彈性及高速特性,在通訊基礎應用中已幾乎完全取代石英晶振。
近年來以電源解決方案作為公司主力產品線的安森美半導體(On Semiconductor),同時也是時脈解決方案的主要供應商,且自摩托羅拉(Motorola)時代算起,迄今已在時脈市場上耕耘超過25年。

安森美標準產品部先進邏輯分部總經理Dan Huetti表示,從應用市場需求來看,石英晶振被以PLL為基礎的混合式時脈產生器取代已經難以避免,特別是在半導體自動化測試設備、電信/網路基礎設施、伺服器等應用方面,石英晶振已經幾乎完全被PLL方案所取代了。而且隨著像是DDR3記憶體等新一代規格導入到個人電腦領域,石英晶振勢必要提高倍頻的倍數,才能提供這些新一代系統元件正確的時脈訊號。但以倍頻的作法將時脈強制拉高,將使得時脈訊號品質降低,進而增加系統不穩定的風險。  

PLL時脈產生器兼具性能與價格優勢  

除了對時脈訊號的頻率要求提升之外,隨著系統複雜度提升,單一系統內的時脈頻率也變得更加複雜。若是以占用電路板空間以及成本來進行考量,使用多PLL的可編程時脈方案將可實現更簡潔的系統設計,而這也是PLL方案在今日的系統產品設計中開始受到更多青睞的原因。  

Huetti指出,可編程特性已經成為以PLL為基礎的時脈解決方案一個很重要的賣點,因為透過軟體可編程以及硬體解決方案本身的設計,客戶可以只採購一款時脈元件就滿足整個系統設計,大幅降低原物料管理的複雜度;或是選用內建多組PLL,並支援多種時脈訊號輸出介面的方案,以單一PLL時脈產生器滿足系統設計中對不同速度時脈訊號的需求。這樣的靈活彈性,再加上高頻石英晶振的成本極高,使得PLL時脈產生器不管在功能特性或價格,都更有競爭力。  

根據顧能(Gartner)的研究資料,時脈市場的整體規模到2007年已達16億美元,同時在往後幾年仍將以11%的年複合成長率持續成長,且部分高階產品的毛利率可達50%。雖然16億美元跟整個半導體市場規模比較之下仍不起眼,但在半導體產業邁入成熟之際,時脈產品仍能維持高速成長,也顯示此一市場的成長動力不容小覷。

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