ZL30102
T1/E1 Stratum 4/4E Redundant System
Clock Synchronizer for DS1/E1 and H.110
Data Sheet
Features
•
Synchronizes to clock-and-sync-pair to maintain
minimal phase skew between an H.110 primary
master clock and a secondary master clock
Supports Telcordia GR-1244-CORE Stratum 4 and
4E
Supports ITU-T G.823 and G.824 for 2048 kbit/s
and 1544 kbit/s interfaces
Supports ANSI T1.403 and ETSI ETS 300 011 for
ISDN primary rate interfaces
Simple hardware control interface
Manual and Automatic hitless reference switching
between any combination of valid input reference
frequencies
Accepts three input references and synchronizes
to any combination of 8 kHz, 1.544 MHz,
2.048 MHz, 8.192 MHz or 16.384 MHz inputs
Provides a range of clock outputs: 1.544 MHz,
2.048 MHz, 3.088 MHz, 6.312 MHz, 16.384 MHz
and either 4.096 MHz and 8.192 MHz or
32.768 MHz and 65.536 MHz
Provides 5 styles of 8 kHz framing pulses
Holdover frequency accuracy of 1x10
-7
•
•
•
•
Ordering Information
ZL30102QDG1 64 pin TQFP* Trays, Bake & Drypack
*Pb Free Matte Tin
April 2010
•
•
•
•
•
-40°C to +85°C
Provides Lock, Holdover and selectable Out of
Range indication
Attenuates wander from 1.8 Hz
Less than 0.6 ns
pp
intrinsic jitter on all output
clocks
External master clock source: Clock Oscillator or
Crystal
•
Applications
•
Synchronization and timing control for multi-trunk
DS1/ E1 terminal systems such as DSLAMs,
Gateways and PBXs
Clock and frame pulse source for H.110 CT Bus,
ST-BUS, GCI and other time division multiplex
(TDM) buses
•
•
•
•
OSCi OSCo
Master Clock
REF0
REF1
REF2
REF2_SYNC
REF_FAIL0
REF_FAIL1
REF_FAIL2
OOR_SEL
REF_SEL1:0
State Machine
RST
Reference
Monitor
TIE
Corrector
Enable
TIE_CLR
FASTLOCK
LOCK
OUT_SEL
MUX
TIE
Corrector
Circuit
Virtual
Reference
DPLL
Mode
Control
E1
Synthesizer
C2o
C4/C65o
C8/C32o
C16o
F4/F65o
F8/F32o
F16o
C1.5o
C3o
C6o
DS1
Synthesizer
DS2
Synthesizer
Frequency
Select
MUX
IEEE
1149.1a
TRST
MODE_SEL1:0 SEC_MSTR
HMS
HOLDOVER
TCK TDI
TMS TDO
Figure 1 - Functional Block Diagram
1
Zarlink Semiconductor Inc.
Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
Copyright 2004-2010, Zarlink Semiconductor Inc. All Rights Reserved.
ZL30102
Description
Data Sheet
The ZL30102 DS1/E1 Synchronizer contains a digital phase-locked loop (DPLL), which provides timing and
synchronization for DS1/E1 transmission equipment deploying redundant network clocks.
The ZL30102 generates ST-BUS and other TDM clock and framing signals that are phase locked to one of three
network references or to another system master-clock reference. It helps ensure system reliability by monitoring its
references for frequency accuracy and stability and by maintaining a tight phase alignment between the primary
master-clock and secondary master clock outputs even in the presence of high network jitter.
The ZL30102 is intended to be the central timing and synchronization resource for network equipment that
complies with Telcordia, ETSI, ITU-T and ANSI network specifications.
2
Zarlink Semiconductor Inc.
ZL30102
Table of Contents
Data Sheet
1.0 Change Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.0 Physical Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Pin Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1 Reference Select Multiplexer (MUX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Reference Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3 Time Interval Error (TIE) Corrector Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4 Digital Phase Lock Loop (DPLL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.5 Frequency Synthesizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6 State Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.7 Master Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.0 Control and Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.1 Out of Range Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 Loop Filter and Limiter Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3 Output Clock and Frame Pulse Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.4 Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.4.1 Freerun Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.4.2 Holdover Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.4.3 Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.4.4 Automatic Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5 Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5.1 Manual Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5.2 Automatic Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.5.2.1 Automatic Reference Switching - Coarse Reference Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5.2.2 Automatic Reference Switching - Reference Frequency Out-of-Range . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.6 Clock Redundancy Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.0 Measures of Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.1 Jitter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.2 Jitter Generation (Intrinsic Jitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3 Jitter Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.4 Jitter Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.5 Frequency Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.6 Holdover Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.7 Pull-in Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.8 Lock Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.9 Phase Slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.10 Time Interval Error (TIE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.11 Maximum Time Interval Error (MTIE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.12 Phase Continuity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.13 Lock Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.0 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1 Power Supply Decoupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.2 Master Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.2.1 Clock Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.2.2 Crystal Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.3 Power Up Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.4 Reset Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.5 Clock Redundancy System Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.0 Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.1 AC and DC Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3
Zarlink Semiconductor Inc.
ZL30102
Table of Contents
Data Sheet
7.2 Performance Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4
Zarlink Semiconductor Inc.
ZL30102
List of Figures
Data Sheet
Figure 1 - Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Figure 2 - Pin Connections (64 pin TQFP, please see Note 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figure 3 - Reference Monitor Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 4 - Behaviour of the Dis/Re-qualify Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 5 - DS1 Out-of-Range Thresholds for OOR_SEL=0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 6 - E1 Out-of-Range Thresholds for OOR_SEL=1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figure 7 - REF2_SYNC Reference Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figure 8 - Timing Diagram of Hitless Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figure 9 - Timing Diagram of Hitless Mode Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 10 - DPLL Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 11 - Mode Switching in Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 12 - Reference Switching in Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 13 - Reference Selection in Automatic Mode (MODE_SEL=11). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 14 - Mode Switching in Automatic Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 15 - Automatic Reference Switching - Coarse Reference Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 16 - Automatic Reference Switching - Out-of-Range Reference Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 17 - Examples of REF2 & REF2_SYNC to Output Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 18 - Clock Redundancy with Two Independent Timing Cards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 19 - Clock Oscillator Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figure 20 - Crystal Oscillator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 21 - Power-Up Reset Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 22 - Typical Clocking Architecture of an ECTF H.110 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 23 - Timing Parameter Measurement Voltage Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figure 24 - REF0/1/2 Input Timing and Input to Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 25 - REF2_SYNC Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 26 - E1 Output Timing Referenced to F8/F32o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 27 - DS1 Output Timing Referenced to F8/F32o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 28 - DS2 Output Timing Referenced to F8/F32o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5
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