大真空製Arkh.3G水晶振動子を用いた 312.5MHz LVDS出力コンプリメンタリー・コルピッツ水晶発振器にて世界最小クラスとなる 17.9 fsの低位相ジッタ性能を実現
株式会社Piezo Studio（本社：宮城県仙台市、代表取締役 木村悟利）は、急速に普及している高速・大容量AIデータセンターに使用される低位相ジッタ基準クロックとして、株式会社大真空製（以下大真空製）Arkh.3G水晶振動子（※1）を用いて、今後主流となる発振周波数312.5MHzの差動型 LVDS出力C級動作コンプリメンタリー・コルピッツ（※2）水晶発振器を開発しました。重要性能である位相ジッタ（※3）は、312.5MHzにおいて世界最小クラスとなる17.9 fs（※4）を実現しました。
図1 大真空製Arkh.3G水晶振動子の外観
図2 大真空製Arkh.3G水晶振動子と差動型コンプリメンタリー・コルピッツICを ディスクリートで評価PCボードに実装した水晶発振器の位相雑音特性（キャリア周波数312.5 MHz, Vcc = 3.3 V, 出力: LVDS, 測定器: Keysight E5052B）
近年、5G（第5世代移動通信システム）の導入により通信容量が増大すると共に、最近は生成AI（人工知能）を牽引するAIデータセンターの導入が急ピッチで進められており、データセンター/AIデータセンター機器は、伝送速度400/800 Gbit/sから1.6 Tbit/sへ移行してきています。このような高速データ通信における通信品質を実現するための基準クロックとして、低位相ジッタ水晶発振器の強いニーズがあり、加えて発振周波数は156.25 MHzから、今後はその2倍の周波数312.5 MHzへ高周波化が進んでおります。
Piezo Studioでは、高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 宮原正也准教授との共同研究により、65nm CMOSプロセスを用いた超低位相ジッタのC級動作コンプリメンタリー・コルピッツ発振IC（※2）を開発して参りました。一方、水晶デバイスメーカー大手の株式会社大真空では、高周波化に向けた第3世代水晶振動子として独自開発したArkh.3G水晶振動子（※1）を実用化し（図1参照）、量産および販売を開始しています。
この度、Piezo Studioは、株式会社大真空が開発した最新の超小型1008 (1.0 x 0.8 x 0.19 mm)サイズArkh.3G水晶振動子と差動型コンプリメンタリー・コルピッツ発振ICにより、低位相雑音および低位相ジッタの 312.5 MHz水晶発振器を開発いたしました。キャリア周波数 312.5 MHz, Vcc=3.3 V, LVDS出力において、オフセット周波数 10 MHzにおける位相雑音が -165.9 dBc/Hzで、位相ジッタは17.9 fs（※3）が得られたことから（図2参照）、世界最小クラスの312.5 MHz 低位相ジッタ水晶発振器開発（※4）に成功いたしました。
現在、スタートアップのPiezo Studioは、水晶デバイスメーカー等の数社から協力をいただき、312.5 MHz低位相ジッタ水晶発振器ICの製品化を予定しております。
※1 大真空製Arkh.3G:
https://www.kds.info/product/dx1008jt/
なお、Arkh.3Gは株式会社大真空の登録商標です。
※2 高エネルギー加速器研究機構と共同開発した低位相ジッタ156MHz差動型コンプリメンタリー・コルピッツ発振器:
https://piezostudio.com/wp/wp-content/uploads/2024/11/20241114_PR_PiezoStudio.pdf
※3 オフセット周波数 12 kHz～20 MHzにおける位相ジッタ
※4 2025年11月時点Piezo Studio調べ
