原创声明:本文从“系统时钟链路与预算”的工程视角,讨论同步(SyncE/IEEE 1588)、GNSS 授时与卫星通信(Satcom)设备中,板级参考时钟为什么常常决定抖动底噪、相噪上限与链路裕量,并给出可落地的高精度TCXO/VCTCXO 选型流程与系列对照。
1. 为什么很多系统“不是输在OCXO”,而是输在板级参考?
谈同步与授时,大家常把注意力放在“主参考”(例如机框里的 OCXO、GNSSDO、授时服务器)。但实际硬件里,真正把噪声带进每一块板卡、每一个PLL、每一个射频合成器/SerDes 的,是板级参考时钟:
- 在通信同步卡/线卡上:板级参考进入抖动清理器(jitter cleaner)与时钟树,决定后续 PHY/ASIC 的 BER/EVM 余量。
- 在 GNSS 授时接收机上:参考时钟的频稳、相噪会影响捕获与跟踪的“可用余量”,极端情况下会拉长 TTFF,或抬高跟踪底噪。
- 在卫星射频模块上:参考噪声会被 PLL 倍频放大,远端(far-out)相噪会在RF端“显形”,影响邻道与调制误差。
- 在高速数字(SerDes/FPGA/光模块)上:综合 RMS jitter 往往是“硬门槛”,一旦超标就是链路 margin 直接消失。
一句话:板级高精度TCXO/VCTCXO 是把系统级“好时钟”真正分发到每个关键岛(clock island)的那层地基。
2. 典型架构:OCXO 做“主锚点”,TCXO/VCTCXO 做“板级扩展”
多数高等级同步/授时平台采用“分层时钟链”:
[机框/时钟单元] OCXO(10/20 MHz等主参考)
|
| 分发/清理/时钟树
v
[线卡/同步卡/模块] TCXO/VCTCXO(本地参考) -> PLL/Jitter Cleaner -> PHY/SoC/RF Synth/SerDes
这类结构的好处很实际:
- 主参考不必“铺到每个角落”,减少分配损耗与布局限制;
- 板级参考更贴近负载器件,时钟走线更短、SI/EMI 更可控;
- 在某些链路抖动与相噪预算里,板级参考比“更换更贵的主参考”更能立竿见影。
3. TCXO 还是 VCTCXO?先问一句:你有没有“驯服环路”?
很多项目选型失误的根源是:只问“频稳 ppm 够不够”,却没先确认架构。
3.1 选 TCXO 的典型条件
- 本地时钟**自由运行(free-running)**即可;
- 或系统已用其他方式完成锁定/恢复,本地参考只需保证温漂与噪声在预算内;
- 希望降低模拟敏感度与调试成本。
3.2 必须上 VCTCXO 的典型条件
- 需要 PLL/同步环路通过VCTRL对本振做细调(disciplining);
- 场景包括:SyncE/IEEE 1588 边界时钟、微波回传、需要跟踪远端参考且要求短期稳定的链路;
- 你愿意为 VCTRL 的“模拟卫生”付出 PCB/滤波/噪声预算。
经验提示:VCTRL 不要当作数字电源脚对待,它是“把 DAC 噪声变成时域抖动/杂散”的捷径。布线、隔离与滤波要按模拟敏感节点设计。
4. 五步选型法:把“频点/接口/预算”一次性锁死(避免后期返工)
Step 1:先锁频点(Frequency Plan)
- 通信同步:10/20 MHz 作为主参考很常见,但板级可能还需要 25/50/100 MHz 级别时钟,取决于平台与 PLL 约束;
- GNSS:常见参考频点包含 19.2 MHz 等;
- 高速数字:122.88/125/156.25/245.76/307.2 MHz 等频点与协议/PHY强相关。
频点不先定,后面再谈抖动/相噪都是空的。
Step 2:再锁输出接口(CMOS / Clipped Sine / LVDS / LVPECL)
- RF/合成器链路通常偏好 Sine 或 Clipped-sine(取决于前端输入与幅度需求);
- SerDes/光模块普遍偏好差分(LVDS/LVPECL)以提升抗干扰与SI;
- 有些平台需要同封装提供双输出(便于同时喂 RF 与数字域)。
Step 3:把“相噪 vs 抖动”按系统块拆开
- RF:关注相噪谱(特别是倍频后会放大的区段);
- SerDes:关注积分 RMS jitter(常见积分带宽 12 kHz–20 MHz);
- 同步:关注抖动清理器的输出指标与 holdover 行为(别只看单颗器件的温漂)。
Step 4:把温区与机械环境写进需求(别只写“室温”)
- 室外小基站/机柜/天线侧:温区与风/振动会放大“频偏与相噪”的问题;
- GNSS 授时:温漂与 g-sensitivity 都可能影响捕获与跟踪稳定性。
Step 5:最后再回到封装与功耗
- 封装越小越容易上板,但功耗/相噪/输出幅度可能需要权衡;
- 供电噪声(PSRR与去耦)往往比你想象中更影响抖动与杂散。
5. FCom FVT 系列怎么选:按“应用岛”而不是按“型号记忆”
下面给一张“工程短名单”,按你系统里时钟落点来选。
5.1 同步卡/微波回传/卫星同步:优先低相噪与holdover
FVT-9S-LN(14×9 mm)
- 适合:Stratum 3 级同步、微波回传、卫星通信同步、测试测量平台
- 关键词:超低相噪(尤其 far-out)、双输出(Sine + CMOS)、24小时 holdover
- 典型频段:40–150 MHz(更适合作为板级“高质量参考源”)
5.2 SerDes/FPGA/光模块:优先低抖动与差分接口
FVT-3S-LJ(3.2×2.5 mm)
- 适合:5G 前传、交换机/路由器、数据中心时钟树、光模块、FPGA/SerDes 参考
- 关键词:差分 LVDS/LVPECL,超低 RMS jitter(12 kHz–20 MHz),高频点覆盖
- 常见频点:122.88/125/153.6/156.25/245.76/307.2 MHz 等
5.3 GNSS 授时/室外节点:优先温区与频稳等级
FVT-7S-WT(7×5 mm,宽温/高稳选项)
- 适合:GNSS 授时接收机、室外小基站、屋顶/机柜节点
- 关键词:±0.1 ppm/±0.2 ppm 级温稳选项、可选 VCTCXO 便于驯服
- 常见参考:19.2 MHz 等(以实际配置为准)
5.4 空间极限/低功耗 GNSS/IoT:优先体积与电流
FVT-6S(2.0×1.6 mm,Clipped-sine)
- 适合:GNSS 模块、IoT 节点、移动终端、可穿戴
- 关键词:2016超小封装、低电流、10–52 MHz,Clipped-sine 输出
- 常见频点:16.369/19.2/26/38.4 MHz(以实际供货为准)
6. PCB与电源的“避坑清单”(高精度TCXO一定要做)
- 先把去耦做对:靠近电源脚、分层清晰、避免与大电流开关节点共享回流路径。
- 时钟走线短、干净、远离RF敏感区:尤其是差分输出要配合阻抗/终端。
- VCTCXO 的 VCTRL 当模拟信号:单点参考、RC滤波、远离高速数字线与开关电源。
- 别只看“典型值”:温区、负载变化、老化、供电波动都要写进预算。
- 系统层验证:同步链路看输出 jitter/holdover;RF链路看倍频后相噪;SerDes 看 BER margin。
7. FAQ:读完就能少走一轮弯路
Q1:什么时候“必须用OCXO”,TCXO不够?
A:当你需要更长 holdover、更低近端相噪、或在严苛环境下维持更高等级的频稳(ppb级)时,OCXO 往往是主锚点选择;但很多系统没必要把 OCXO“复制到每个节点”,板级用高性能TCXO更经济。
Q2:卫星通信为什么强调 far-out 相噪?
A:因为参考噪声会被合成器倍频放大,远端相噪可能直接影响邻道与调制误差。你要看的是“系统乘法链”之后的结果,而不是只盯一颗器件的某一个 offset 点。
Q3:我选了低抖动差分TCXO,为什么链路还是不稳?
A:多数问题在时钟树与供电:终端不匹配、差分走线不对称、地回流被切割、抖动清理器环路参数不匹配,都会把好时钟“用坏”。
8. 资源
产品家族入口(同步/GNSS/卫星通信 TCXO/VCTCXO)
工程设计指南(SyncE/IEEE1588、GNSS授时、Satcom 选型与调试)
TCXO 技术设计指南(同步/GNSS/Satcom 的工程拆解)
典型型号页(便于直接看规格/申请样品):
- FVT-9S-LN(超低相噪/同步/卫星)
- FVT-3S-LJ(低抖动差分/SerDes)