ZL30407
SONET/SDH Network Element PLL
Data Sheet
Features
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Meets requirements of GR-253 for SONET
Stratum 3 and SONET Minimum Clocks (SMC)
Meets requirements of GR-1244 for Stratum 3
Meets requirements of G.813 Option 1 and 2 for
SDH Equipment Clocks (SEC)
Generates clocks for ST-BUS, DS1, DS2, DS3,
OC-3, E1, E3, STM-1 and 19.44 MHz
Holdover accuracy of 4x10
-12
meets GR-1244
Stratum 3E and ITU-T G.812 requirements
Continuously monitors both references for
frequency accuracy exceeding ±12 ppm
Provides “hit-less” reference switching
Compensates for Master Clock Oscillator
accuracy
Automatically detects frequency of both reference
clocks and synchronizes to any combination of
8 kHz, 1.544 MHz, 2.048 MHz and 19.44 MHz
reference frequencies
Allows Hardware or Microprocessor control
Pin compatible with ZL30410, ZL30402 and
MT90401
Ordering Information
ZL30407QCC
ZL30407QCG1
80 Pin LQFP Trays
80 Pin LQFP* Trays, Bake & Drypack
*Pb Free Matte Tin
-40°C to +85°C
November 2006
Applications
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Synchronization for SDH and SONET Network
Elements
Clock generation for ST-BUS and GCI backplanes
Description
The ZL30407 is a Network Element Phase-Locked
Loop designed to synchronize SDH and SONET
systems. In addition, it generates multiple clocks for
legacy PDH equipment and provides timing for ST-
BUS and GCI backplanes.
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VDD GND
C20i
FCS
OE
PRI
PRIOR
Primary
Acquisition
PLL
Master Clock
Frequency
Calibration
APLL
MUX
SEC
SECOR
RefSel
HW
RESET
CS DS R/W A0-A6 D0-D7
Core PLL
Clock
Synthesizer
Secondary
Acquisition
PLL
C155P/N
C34/C44
C19o
C16o
C8o
C6o
C4o
C2o
C1.5o
F16o
F8o
F0o
E3DS3/OC3
E3/DS3
Microport
Control State Machine
JTAG
IEEE
1149.1a
Tclk
Tdi
Tdo
Tms
Trst
R1-17
MS1 MS2
RefAlign LOCK HOLDOVER
Figure 1 - Functional Block Diagram
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Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
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ZL30407
Data Sheet
The ZL30407 operates in NORMAL (LOCKED), HOLDOVER and FREE-RUN modes to ensure that in the
presence of jitter, wander and interruptions to the reference signals, the generated clocks meet international
standards. The filtering characteristics of the PLL are hardware or software selectable and they do not require any
external adjustable components. The ZL30407 uses an external 20 MHz Master Clock Oscillator to provide a stable
timing source for the HOLDOVER operation.
The ZL30407 operates from a single 3.3 V power supply and offers a 5 V tolerant microprocessor interface.
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ZL30407
Table of Contents
Data Sheet
1.0 Change Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.0 ZL30407 Pinout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1 Pin Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1 Acquisition PLLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 Core PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.1 Digitally Controlled Oscillator (DCO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2.2 Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2.3 Phase Slope Limiters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.4 Lock Indicator (LOCK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.5 Reference Alignment (RefAlign). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.5.1 Using RefAlign with 1.544 MHz, 2.048 MHz or 19.44 MHz Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.5.2 Using RefAlign with an 8 kHz Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Clock Synthesizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.1 Output Clocks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.2 Output Clocks Phase Adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4 Control State Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4.1 Clock Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4.2 ZL30407 State Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4.2.1 Reset State. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.2.2 Free-Run State (Free-Run mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.2.3 Normal State (Normal Mode or Locked Mode). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.2.4 Holdover State (Holdover Mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.2.5 Auto Holdover State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.3 State Transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.5 Master Clock Frequency Calibration Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.6 Microprocessor Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.7 JTAG Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.0 Hardware and Software Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1 Hardware Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.1.1 Control Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.1.2 Status Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 Software Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.1 Control Bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.2 ZL30407 Register Map. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.0 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.1 ZL30407 Mode Switching - Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.1.1 System Start-up Sequence: FREE-RUN --> HOLDOVER --> NORMAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.1.2 Single Reference Operation: NORMAL --> AUTO HOLDOVER --> NORMAL . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.1.3 Single 8 kHz Reference Operation: NORMAL --> AUTO HOLDOVER--> HOLDOVER --> NORMAL
36
5.1.4 Dual Reference Operation: NORMAL --> AUTO HOLDOVER--> HOLDOVER --> NORMAL. . . . . 37
5.2 Master/Slave Timing Protection Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.3 Programming Master Clock Oscillator Frequency Calibration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.4 Power supply filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6.0 Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.1 AC and DC Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.2 Performance Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
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ZL30407
List of Figures
Data Sheet
Figure 1 - Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Figure 2 - Pin Connections for 80-pin LQFP package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Figure 3 - Core PLL Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 4 - C34/C44, C155o Clock Generation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 5 - ZL30407 State Machine in Software Control configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figure 6 - ZL30407 State Machine in Hardware Control configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 7 - Hardware and Software Control Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 8 - Primary and Secondary Reference Out of Range Thresholds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 9 - Transition From Free-run to Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 10 - Automatic Entry into Auto Holdover State and Recovery into Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 11 - Recovery Procedure From a Single 8 kHz Reference Failure by Transitioning Through the Holdover
State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 12 - Entry into Auto Holdover State and Recovery into Normal Mode by Switching References . . . . . . . . 37
Figure 13 - Manual Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 14 - Block Diagram of the Master/Slave Timing Protection Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figure 15 - Power Supply Filtering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figure 16 - Timing Parameters Measurement Voltage Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 17 - Microport Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figure 18 - ST-BUS and GCI Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figure 19 - DS1 and DS2 Clock Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figure 20 - C155o and C19o Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figure 21 - Input Reference to Output Clock Phase Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figure 22 - Input Control Signal Setup and Hold Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figure 23 - E3 and DS3 Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
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List of Tables
Data Sheet
Table 1 - Loop Filter Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Table 2 - Operating Modes and States. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Table 3 - Filter Characteristic Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Table 4 - Reference Source Select . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Table 5 - ZL30407 Register Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Table 6 - Control Register 1 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Table 7 - Status Register 1 (R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Table 8 - Control Register 2 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Table 9 - Phase Offset Register 2 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Table 10 - Phase Offset Register 1 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Table 11 - Device ID Register (R). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Table 12 - Control Register 3 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 13 - Clock Disable Register 1 (R/W). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 14 - Clock Disable Register 2 (R/W). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Table 15 - Core PLL Control Register (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Table 16 - Fine Phase Offset Register (R/W). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 17 - Primary Acquisition PLL Status Register (R). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 18 - Secondary Acquisition PLL Status Register (R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 19 - Master Clock Frequency Calibration Register 4 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 20 - Master Clock Frequency Calibration Register 3 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 21 - Master Clock Frequency Calibration Register 2 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 22 - Master Clock Frequency Calibration Register 1 (R/W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
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