IDT MEMS-Oszillatoren für 10- und 40-Gbit-Ethernet

Mit einem Phasenjitter von 100fs und integriertem Frequenz-Margining empfehlen sich die weltweit ersten differenziellen MEMS-Oszillatoren u.a. für den die Bitfehlerrate reduzierenden Einsatz in 10- und 40-GBit-Ethernet-Applikationen.
Mit einem Phasenjitter von 100fs und integriertem Frequenz-Margining empfehlen sich die weltweit ersten differenziellen MEMS-Oszillatoren u.a. für den die Bitfehlerrate reduzierenden Einsatz in 10- und 40-GBit-Ethernet-Applikationen.

IDT stellt die weltweit ersten differenziellen MEMS-Oszillatoren mit 100 fs Phasenjitter und integriertem Frequenz-Marging vor. Ihr extrem geringer Jitter und die variable Ausgangsfrequenz der 4H-Performance-MEMS-Oszillatoren verringert die Bitfehlerrate in 10-GBit-Ethernet-Switches, Routern und anderen Netzanwendungen.

Vor dem Hintergrund der rasant wachsenden Cloud-Computing-Anwendungen und Storage-Infrastrukturen weist Jérémie Bouchaud, Director und Principal Analyst für MEMS und Sensoren beim Marktforschungsinstitut IHS, darauf hin, »dass bereits die Hälfte der ausgelieferten Server und Storage-Cluster mit 10GbE ausgestattet sind. Hochleistungsfähige MEMS-Oszillatoren ermöglichen hier in Zukunft eine niedrigere Bitfehlerrate in Enterprise-Computing- und Storage-Infrastrukturen, gleichzeitig werden sie durch den Einsatz dieser MEMS-Oszillatoren zuverlässiger«.

Mit 100 fs im Bereich von 1,875 bis 20 MHz und weniger als 300 fs im Bereich von 12 kHz bis 20 MHz, bieten die 4H-Performance-MEMS-Oszillatoren von IDT die geringsten Jitter-Werte ihrer Produktklasse. Ihr integriertes Frequenz-Marging ermöglicht die Feineinstellung der Oszillator-Frequenz während des Betriebs um bis zu ±1000 ppm, minimiert die Bit-Error-Rate und ermöglicht Margin-Tests.

Erhältlich sind die 4H-MEMS in VFQFPN-Gehäusen mit Abmessungen von 7 x 5 mm, 5 x 3,2 mm und 3,2 x 2,5 mm. Wie Harmeet Bhugra, Managing Director der MEMS Division von IDT betont, sei man bislang der einzige Anbieter, der diese Kombination aus MEMS-Oszillator-Leistung, Funktionen und kleiner Gehäusegröße biete. Die MEMS-Oszillatoren haben einen differentiellen LVDS-/LVPECL-/CMOS-Ausgang und sind für Versorgungsspannungen von 2,5 und 3,3 V erhältlich. Einsetzbar sind sie im gesamten Industrietemperaturbereich von -40 bis +85 °C. Das Sampling qualifizierter Kunden hat begonnen.


Mit seinen MEMS-Quarzen zielt IDT nach Auskunft von Bhugra im ersten Schritt auf Anwendungen in der Kommunikationsinfrastruktur und im Enterprise Computing. Neben dem etablierten 10 GbE zählt dazu auch das noch vor der Markteinführung stehende 40 GbE. In einem nächsten Schritt könnten die MEMS-Oszillatoren auch im Consumer-Bereich zum Einsatz kommen. Denkbar wären auch Automotive-Applikationen, Bhugra denkt in diesem Zusammenhang vor allem an Anwendungen im Car-Infotainment-Segment: »Voraussetzung dafür wäre aber eine noch abzuschließende ASQ100-Zertifizierung für unsere MEMS-Oszillatoren.«

Der Einstieg ins MEMS-Geschäft geht bei IDT auf eine Lizenznahme vom Georgia Institute of Technology aus dem Jahr 2001 zurück. Seit 2007 wurde dann mit einem kleinen internen Team von rund 25 Entwicklern konkret an der Realisierung der MEMS-Oszillatoren gearbeitet. IDTs 4H-MEMS basieren auf dem unternehmenseigenen, patentierten piezoelektrischen MEMS-Resonator (pMEMS). Die pMEMS-Resonatoren bestehen aus dem piezoelektrischen Material Aluminiumnitrid (AlN) mit einem Silizium-Einkristall (SCS, Single Crystal Silicon). Auf diese Weise lassen sich die Vorteile des piezoelektrischen Quarzresonators mit den Vorteilen des Silizium-MEMS-Chips kombinieren. Im Gegensatz zu reinen, kapazitiv arbeitenden Siliziumresonatoren benötigen die pMEMS-Bauseine keine DC-Bias-Spannung für ihren Betrieb.

»Unsere pMEMS-basierten Produkte sind nicht, wie die rein kapazitiv arbeitenden MEMS-Oszillatoren, in ihrem Frequenzspektrum auf den MHz-Bereich beschränkt«, erläutert Bhugra, »sie sind stattdessen in der Lage, ausgehend von einer festzulegenden Basisfrequenz zwischen 50 und 625 MHz, Hunderte von Offset-Frequenzen zu generieren.« Das sei selbst dann noch möglich, wenn sich Systeme bereits in der Endmontage befänden. »Der Entwickler kann so nicht nur den Entwicklungsprozess beschleunigen«, versichert Bhugra, »sondern auch die Systemleistungsfähigkeit optimieren.«

IDTs MEMS-Oszillatoren sind vor diesem Hintergrund nach Unternehmensangaben 40-mal zuverlässiger als Quarz-Modelle, weisen keine Activity-Dips oder Zero-Time-Ausfälle auf, dafür aber eine höhere Jitter-Beständigkeit gegen EMI und eine hohe Stoß- und Vibrationsbelastbarkeit. Die 4H-Reihe basiert auf der im Herbst 2012 vorgestellten 4M- und der im Januar 2013 vorgestellten 4E-Serie.

IDTs 4M-Standard-Oszillator dient als direkter Ersatz für differenzielle Quarz-Oszillatoren und weist weniger als 1 ps Phasenjitter auf. Als Enhanced-Oszillatoren bieten die MEMS-Bausteine der 4E-Reihe einen LVDS- oder LVPECL-Ausgang mit einem synchronen CMOS-Ausgang in einem Gehäuse. Damit erübrigt sich ein externer Quarz oder ein zweiter Oszillator. Zudem bieten die 4E-Oszillatoren vier wählbare Ausgangsfrequenzen. So ersetzt ein Baustein vier Bauteile und trägt deutlich zur Reduzierung der Stückliste und des Inventars bei.