3、Holdover 功能的參數設置

　　3.1 Holdover 功能的配置

　　使用holdover 功能，必須首先Holdover_Mode = Enable;在絕大多數的應用場景，內部的DAC 輸出需要跟蹤 VCXO Vtune 電壓，所以EN_Track = 1; 并且跟蹤電路的正常工作需要在PLL1 鎖定之前設置EN_Track =1；否則，當PLL1 鎖定之后，設置EN_Track=1 并不能使DAC 輸出跟蹤Vtune 電壓。

　　DAC 的電壓也可以是手動設置，此時需要EN_MAN_DAC = 1;同時LMK0480X 提供了兩個寄存器，DAC_Low_Trip 和DAC_High_Trip， 用于設置DAC 輸出電壓的上下門限。

　　觸發芯片進入holdover 狀態，可以是以下任一條件：

　　? Force_holdover = 1;

　　? PLL1 失鎖 或DLD =0;

　　? Vtune 或DAC 跟蹤電壓超出DAC_Low_Trip 和DAC_High_Trip;

　　在使用的過程中，需要根據不同的系統需求選擇合適的holdover 觸發條件；從目前來看，大部分應用場景選擇PLL1 失鎖或DLD = 0 觸發holdvoer 狀態。

　　最后還需要配置Holdover_DLD_CNT 以及DAC_CLK_DIV，這兩個寄存器的功能在第二章中已經介紹。

　　3.2 Holdover 參數配置的注意事項

　　當系統上電開始工作是， CLKin0 或CLKin1 來自光纖的恢復時鐘， 性能并不穩定。若Holdover_DLD_CNT 和PLL1_DLD_CNT 值設置比較小，LMK0480X 很容易進入鎖定狀態，本地時鐘VCXO鎖定CLKin 輸入信號，同時DAC 開始跟蹤VCXO 的Vtune 電壓；但前面提到，通常CLKin 在剛開始工作時并不穩定，某些情況下CLKin 的輸入可能漂出VCXO 的頻率調整范圍，導致器件重新失鎖并進入holdover 狀態，并且此時holdover 輸出電壓可能為3.3V 或0V；在這之后，CLKin 的頻率漸趨穩定，但CLKin 的頻率和VCXO（Vtune = 0V 或 3.3V）的頻率不能滿足退出holdover 的條件，出現了LMK0480X 無法退出holdover 的情況。如下圖PartA 部分所示。因此，在holdover 功能電路設計中，通常適當的增加PLL1_DLD_CNT 和HOLDOVER_DLD_CNT 的值，使得退出和鎖定的判決條件更為苛刻，只有當CLKin 穩定時，才會退出holdover，進入鎖定。如下圖PartB 部分所示。

　　另一方面，在第二章中分析得到，當PLL1_DLD_CNT 和HOLDOVER_DLD_CNT 的值過大時，會影響時鐘切換的整個時長，所以在應用中，PLL1_DLD_CNT 和HOLDOVER_DLD_CNT 值得選取，是一個折中的過程；同時也可以通過芯片的配置流程對這個問題加以改善。

　　Figure 3 上電時參考時鐘和holdover 關系

　　4、Holdover 功能在無線RRU 中應用的需求分析

　　4.1 C-RAN 網絡架構的優勢

　　隨著電信業務的蓬勃發展與用戶行為的不斷變化，無線接入網正面臨著前所未有的挑戰：大量站點導致高能耗，網絡的資本支出與運維成本逐年增高;站點資源難以獲取;復雜的網絡環境致使無線覆蓋質量不高，潮汐效應導致部分基站利用率低下……面對技術、成本、資源和安全等多個問題 ，2010 年4 月，中國移動提出新一代綠色無線接入網架構C-RAN。

　　Figure 4 RAN 網絡架構

　　C-RAN 架構是在分布式基站基礎上的進一步創新，通過基帶集中處理（Centralized）、協作式無線電技術（Collaborative）以及實時云架構（Cloud），實現網絡資源共享以及動態的網絡負載均衡，實現無線接入網的綠色高效（Clean）并面向未來平滑演進，提供更大的帶寬和更靈活的多標準運營支持，如圖4 所示。

　　4.2 C-RAN 網絡中環形倒換對時鐘指標的要求

　　在C-RAN 組網中，如圖5，基帶集中RRU 拉遠需要光纖互聯，采用多級級聯和環形組網，一方面各站點RRU 通過光纖接入環采用環形組網方式接入BBU，有效節省光纖資源，另一方面這種組網結構支持環網倒換保護功能，充分保證網絡安全和可靠性，即當任何一段光纖意外損壞或者鏈路中任一個RRU損壞， 會自動倒換到反向鏈路， 從而不會影響上級或下級RRU 的正常工作。

　　Figure 5 C-RAN 環形布網

　　RRU 級聯系統在正常工作中，每個RRU 的系統參考時鐘來自上一級RRU；當RRU 在完成環網倒換過程中， RRU 的系統參考時鐘的來源也會切換，從切換前的來自上一級RRU 切換到另一側的RRU；在整個切換的過程中，系統時鐘必須保持一定的穩定度和準確度，從而保證現有用戶不掉話，保證通話MOS和數據業務吞吐率。

　　以TD-LTE 系統為例，基站具體的時鐘需求如下：

　　不同基站間空口同步信號相對時間誤差小于+/-1.5us;

　　基站空口載波頻率穩定度優于+/-0.05ppm;

　　基站輸入抖動容限不小于±200ns;

　　BBU+多級RRU 串連級聯時空口相對傳輸輸出接口的時間精度小于±300ns；

　　在時鐘切換的過程中，需要確保數字部分的FIFO 不要溢出，同時也要考慮頻率誤差帶來的空口同步誤差，小于系統的要求+/-300ns。

　　假定在切換過程中，頻率誤差為X*10e6 ppm， 每幀長度為Tf，則造成300ns 的空口誤差需要的時間Ts 為：

　　Equation 6

　　假定X = 6， Tf = 0.01 S， 則Ts = 0.3 S， 即整個切換過程必須在0.3 S 內完成，否則頻率誤差可能造成空口的同步誤差，造成TD 系統的收發切換紊亂。同理，假設FIFO 的工作時鐘是Fclk，當FIFO 深度為1 時，造成一個碼片誤差的時間Te 為：

　　Equation 7

　　當FIFO = 491.52MHz 時，Te = 2mS. 可以看到這個要求是相當苛刻的；但這個問題可以通過增加FIFO 的深度來解決。當FIFO 深度為1000 時，Te = 2 S；但繼續增加FIFO 深度已經沒有意義，因為瓶頸已經變成了Ts。

　　通過同時可以看到，當提高切換過程中的頻率穩定度，降低頻率誤差，可以延長切換過程需要的時間；反之，如果切換過程中頻率度很差，則必須快速完成切換，否則很容易造成客戶斷鏈掉話。

　　根據第二章中介紹的LMK048XX 系列的介紹的holdover 功能，假定PLL1_WND_SIZE = 40nS， FPD1 =1.024MHz， Holdover_DLD_CNT = 4096，PLL1_DLD_CNT = 4096，DAC_CLK_DIV = 32，在整個切換過程中，總共用時為0.053（Texit _ holdover ） + 0.024（Tlock ） +0.016（Ttrack ） = 0.093s， 在切換過程中輸出時鐘的精度保持在0.5ppm。根據前面討論的C-RAN 系統需求（切換時間《0.3s，頻率精度《1ppm），LMK048XX 完全可以滿足環形網絡系統在倒換情況下的時鐘精度需求。

　　5、總結

　　本文主要介紹了LMK048XX 系列時鐘的holdover 功能。通過對C-RAN 系統時鐘切換需求的舉例分析，證明LMK0480XX 的holdover 功能真正的實現了hitless switch，完全可以滿足通信系統的時鐘切換功能，大大簡化了通信系統的時鐘單元的設計難度和成本。

　　6、參考資料

　　1. LMK04800 Datasheet