5G 移动技术有望颠覆世界的通信方式，在大规模物联网 (IoT) 网络、人工智能和虚拟现实到安全、机器人和云计算等应用程序的方方面面有着明显的改变。
5G网络将以比4G网络前身更高的数据速度连接机器和设备，并将其与超低延迟相结合。但为了保持一致的操作和高可靠性，网络组件必须同步。
准确的定时（时钟）在保持移动网络内的同步方面起着至关重要的作用。非同步和错误定时会导致无线电接入网络 (RAN) 中节点之间的干扰，该网络是无线系统的一部分，通过无线电链路将智能手机和智能设备等各个设备连接到网络的其他部分。容易出错的振荡器和时钟会导致时间偏移，从而降低网络性能和可靠性。
这就是为什么网络同步中的稳定时钟对于实现5G的变革潜力至关重要。设计用于在高温环境下工作的温度补偿晶体振荡器 (TCXO) 是关键。
这是典型的TCXO的框图
振荡器是使用晶体产生具有恒定频率的周期性电信号的电子电路，也称为时钟或定时信号。大多数数字电路依靠时钟信号来同步其中的不同组件。
5G 应用中的时钟和同步
RAN 可优化 5G 应用的服务性能和可靠性。它由不同的同步组件组成，每个组件都提供独特的功能，共同提供所需的服务。计时精度和可用性以及成本是最终产品的重要考虑因素。
开放式 RAN 架构通常由远程无线电单元 (RRU)、前传交换机和分布式单元 (DU) 组成，其中 TCXO 或 OCXO（烤箱控制的晶体振荡器）生成时钟信号以同步这些设备。这些组件需要精确同步，以避免数据包丢失和系统中断。
该图显示了振荡器在 RRU 和 DU 系统中的作用。
许多 5G 网络依赖于时分双工 (TDD)，这是一种双工通信方法，其中基于同一频带中的时间分配将入站信号与出站信号分离。TDD 要求所有设备精确同步。
同步频率通常基于 IEEE 1588 精确定时协议 (PTP)，但同步以太网 (SyncE) 是偶尔使用的另一种标准。网络架构决定了是否使用 PTP、SyncE 或两者都用于同步。
在 PTP 中，主设备使用同步源（通常基于 GPS）来创建几个带时间戳的 PTP 数据包，这些数据包将被传送到其他位置的从属时钟。数据包计算主时钟和从时钟之间的时间偏移，之后由从时钟在其自己的位置生成本地时钟信号。PTP是一个智能系统，可以适应大师损失。
SyncE 是一个较旧的系统，其中使用高质量的时钟参考（通常来自 GPS 或铯时钟源）对网络核心的输出进行计时。在网络上的其他位置，会进行时钟恢复，分析输出信号的信号边沿，并利用它们为接收设备导出自己的时钟信号。
DU 必须将精确同步的时序信号传递给前传交换机和 RRU。DU时钟必须在重负载下耐热；否则，将需要在系统中添加风扇。而且 RRU 必须是环保的，因为它通常放置在室外的屋顶和电线杆上，以及靠近道路和高速公路的地方。
5G 应用中的振荡器挑战
环境压力会影响振荡器的性能。5G 网络依赖于高密度的无线电，这些无线电通常安装在容易受到卡车、火车、汽车、风和雷声等来源振动的位置。这些设备也会经历显着的温度波动。因此，部署在这些无线电中的振荡器必须在环境压力期间保持稳定的性能，以防止链路中断。
成本和可用性以及尺寸、热量和功率也是工程师的重要考虑因素。TCXO 和基于微机电系统 (MEMS) 的振荡器由于其性能和经济性正在取代其他类型。
然而，低成本 MEMS 振荡器可能会引入额外的限制。它们可能对物理层重新排列反应不佳，并且通常不支持 PTP G.8275.2 的必要带宽，从而将它们限制在 G.8275.1 PTP 配置文件中使用的较低带宽。
为什么需要 TCXO
TCXO 的耐温性可以补偿晶体单元固有的频率-温度特性。压控晶体振荡器 (VCXO) 是一个重要的 TCXO 组件，它连接到温度传感电路并向振荡器施加微小的校正电压。TCXO 提供百万分之 1 (ppm) 至 0.1 ppm 的稳定性。
显示的是 Abracon ASGTX5PAF1-156.2500T2 TCXO。
高稳定性同时消耗最小的功率是 TCXO 的其他显著优势。这些特性使其成为众多 5G 通信和电信应用的理想选择，例如点对点射频、GPS、移动电话和其他精密射频连接系统。
5G 基础设施设备的体积也越来越小。因此，它可以安装在空间受限且通常偏远且与电源连接受限的位置，从而需要设备保持低功耗。TCXO 以低功耗的小封装提供必要的性能。由于 TCXO 具有温度补偿功能，因此它们能够通过温度变化适应并保持其稳定性。
这里描述的是 Abracon ASGTX5 TCXO 系列振荡器和推荐的用于 LVPECL、LVDS、HCSL 和 CML 逻辑输出的测试电路。
最后的想法
为了让 5G 应用充分发挥其潜力，它们将需要有效的网络同步以实现稳定可靠的网络性能。5G 的各种引人注目的用例，例如物联网和工业自动化，都需要精确的时间，并且对精确同步的需求将继续增长。
TCXO 振荡器可以在小尺寸内提供稳定的高频时钟，使其非常适合处理 5G 应用的时钟任务。