ZL30105
T1/E1/SDH Stratum 3 Redundant System Clock
Synchonizer for AdvancedTCA™ and H.110
Data Sheet
Features
•
Synchronizes to clock-and-sync-pair to maintain
minimal phase skew between the master-clock
and the redundant slave-clock
Supports ITU-T G.813 option 1, G.823 for 2048 kbs
and G.824 for 1544 kbs interfaces
Supports Telcordia GR-1244-CORE Stratum
3/4/4E
Supports ANSI T1.403 and ETSI ETS 300 011 for
ISDN primary rate interfaces
Accepts three input references and synchronizes
to any combination of 2 kHz, 8 kHz, 1.544 MHz,
2.048 MHz, 8.192 MHz, 16.384 MHz or 19.44 MHz
inputs
Provides a range of clock outputs: 1.544 MHz
(DS1), 2.048 MHz (E1), 3.088 MHz, 16.384 MHz,
and 19.44 MHz (SDH), and either 4.096 MHz and
8.192 MHz or 32.768 MHz and 65.536 MHz, and a
choice of 6.312 MHz (DS2), 8.448 MHz (E2),
44.736 MHz (DS3) or 34.368 MHz (E3)
Provides 5 styles of 8 kHz framing pulses and a
2 kHz multi-frame pulse
Holdover frequency accuracy of 1x10
-8
Selectable loop filter 1.8 Hz, 3.6 Hz or 922 Hz
Less than 20 ps
rms
intrinsic jitter on the 19.44 MHz
output clock, compliant with GR-253-CORE OC-3
and G.813 STM-1 specifications
OSCi
OSCo
TIE_CLR
June 2004
Ordering Information
ZL30105QDG
64 pin TQFP
•
•
•
•
-40°C to +85°C
•
•
•
•
•
Less than 0.6 ns
pp
intrinsic jitter on all output
clocks and frame pulses
Manual or Automatic hitless reference switching
Provides Lock, Holdover and selectable Out of
Range indication
Simple hardware control interface
Selectable external master clock source: Clock
Oscillator or Crystal
•
Applications
•
Synchronization and timing control for multi-trunk
SDH and T1/E1 systems such as DSLAMs,
Gateways and PBXs
Clock and frame pulse source for
AdvancedTCA™- and other time division
multiplex (TDM) buses
•
•
•
•
•
FASTLOCK
LOCK
OUT_SEL2
Master Clock
REF0
REF1
REF2
REF2_SYNC
REF_FAIL0
REF_FAIL1
REF_FAIL2
TIE
Corrector
Enable
MUX
TIE
Corrector
Circuit
Virtual
Reference
DPLL
E1
Synthesizer
Reference
Monitor
DS1
Synthesizer
Mode
Control
SDH
Synthesizer
Programmable
Synthesizer
REF_SEL1:0
RST
State Machine
Frequency
Select
MUX
C2o
C4/C65o
C8/C32o
C16o
F4/F65o
F8/F32o
F16o
C1.5o
C3o
C19o
F2ko
C6/8.4/34/44o
OUT_SEL1:0
IEEE
1149.1a
TRST
MODE_SEL1:0
HMS
HOLDOVER
SEC_MSTR
APP_SEL1:0
TCK
TDI TMS TDO
Figure 1 - Functional Block Diagram
1
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Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
Copyright 2004, Zarlink Semiconductor Inc. All Rights Reserved.
ZL30105
Description
Data Sheet
The ZL30105 SDH/PDH System Synchronizer contains a digital phase-locked loop (DPLL), which provides timing
and synchronization for SDH and T1/E1 transmission equipment. It provides advanced support for systems
deploying redundant clocks.
The ZL30105 generates SBI, ST-BUS and other TDM clock and framing signals that are phase locked to one of
three network references or to a system master-clock reference. It helps ensure system reliability by monitoring its
references for frequency accuracy and stability and by maintaining tight phase alignment between the master-clock
and slave-clock outputs even in the presence of high network jitter.
The ZL30105 is intended to be the central timing and synchronization resource for network equipment that
complies with ITU-T, Telcordia, ETSI and ANSI network specifications.
2
Zarlink Semiconductor Inc.
ZL30105
Table of Contents
Data Sheet
1.0 Pin Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 Reference Select Multiplexer (MUX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Reference Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Time Interval Error (TIE) Corrector Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Digital Phase Lock Loop (DPLL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 Frequency Synthesizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6 State Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.7 Master Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.0 Control and Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1 Application Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Loop Filter and Limiter Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 Output Clock and Frame Pulse Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4 Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.1 Freerun Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.2 Holdover Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.3 Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.4 Automatic Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5 Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.1 Manual Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.2 Automatic Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5.2.1 Automatic Reference Switching - Coarse Reference Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5.2.2 Automatic Reference Switching - Reference Frequency Out-of-Range . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.6 Clock Redundancy Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.0 Measures of Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1 Jitter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Jitter Generation (Intrinsic Jitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3 Jitter Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.4 Jitter Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.5 Frequency Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.6 Holdover Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.7 Pull-in Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.8 Lock Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.9 Phase Slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.10 Time Interval Error (TIE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.11 Maximum Time Interval Error (MTIE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.12 Phase Continuity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.13 Lock Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.0 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.1 Power Supply Decoupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2 Master Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2.1 Clock Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.2.2 Crystal Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.3 Power Up Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.4 Reset Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.5 Clock Redundancy System Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.0 Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.1 AC and DC Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.2 Performance Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.0 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
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Zarlink Semiconductor Inc.
ZL30105
List of Figures
Data Sheet
Figure 1 - Functional Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Figure 2 - Pin Connections (64 pin TQFP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Figure 3 - Reference Monitor Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figure 4 - Behaviour of the Dis/Re-qualify Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figure 5 - DS1 Out-of-Range Thresholds for APP_SEL1:0=00. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 6 - E1 Out-of-Range Thresholds for APP_SEL=01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 7 - Out-of-Range Thresholds for APP_SEL=10 and APP_SEL=11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 8 - REF2_SYNC Reference Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 9 - Timing Diagram of Hitless Reference Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figure 10 - Timing Diagram of Hitless Mode Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figure 11 - DPLL Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 12 - Mode Switching in Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 13 - Reference Switching in Normal Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 14 - Reference Selection in Automatic Mode (MODE_SEL=11). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 15 - Mode Switching in Automatic Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 16 - Automatic Reference Switching - Coarse Reference Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 17 - Automatic Reference Switching - Out-of-Range Reference Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 18 - Examples of REF2 & REF2_SYNC to Output Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 19 - Clock Redundancy with Two Independent Timing Cards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 20 - Recommended Power Supply Decoupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figure 21 - Clock Oscillator Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figure 22 - Crystal Oscillator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 23 - Power-Up Reset Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 24 - Typical Clocking Architecture of an ECTF H.110 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 25 - Typical Clocking Architecture of a PICMG AdvancedTCA™ System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 26 - Timing Parameter Measurement Voltage Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figure 27 - REF0/1/2 Input Timing and Input to Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 28 - REF2_SYNC Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 29 - E1 Output Timing Referenced to F8/F32o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 30 - DS1 Output Timing Referenced to F8/F32o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 31 - SDH Output Timing Referenced to F8/F32o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 32 - DS3, E3, E2 and DS2 Output Timing Referenced to F8/F32o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4
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ZL30105
Data Sheet
F4/F65o
F16o
AGND
IC
REF_SEL0
REF_SEL1
REF0
REF1
REF2
REF2_SYNC
SEC_MSTR
APP_SEL0
V
DD
IC
TIE_CLR
FASTLOCK
48
50
F8/F32o
C16o
C2o
AV
DD
AV
DD
C8/C32o
C4/C65o
AGND
AGND
C19o
F2ko
AV
DD
AV
DD
AV
CORE
AGND
AGND
46
44
42
40
38
36
34
32
30
52
28
54
26
56
58
22
60
20
62
18
64
2
4
6
8
10
12
14
16
ZL30105
24
C1.5o
C3o
C6/8.4/34/44o
AV
DD
OUT_SEL0
OUT_SEL1
OUT_SEL2
V
DD
APP_SEL1
GND
IC
OSCi
OSCo
RST
MODE_SEL1
MODE_SEL0
Figure 2 - Pin Connections (64 pin TQFP)
V
CORE
LOCK
HOLDOVER
REF_FAIL0
REF_FAIL1
REF_FAIL2
TDO
TMS
TRST
TCK
V
CORE
GND
AV
CORE
TDI
HMS
GND
5
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