了解这几个关键点有源晶振选型省时省力

有源晶振可以分为多种性能,比如,恒温控制功能的（OCXO）,电压控制功能的是压控振荡器（VCXO）,有两种温度补偿性能的是温补晶振（TCXO）,输出差分信号的叫做差分晶振（LVDS/LVPECL）,拥有电压控制和温度补偿的是压控温补振荡器.应用的产品范围大部分一样,但也会专用于部分产品,许多工程在制定新方案时,都会为用哪种石英振荡器而感到烦恼,甚至需要每一种都试下都知道哪一类的合适,过程不仅浪费时间还会让成本增加.那么有源晶振如何选型呢？了解这几个关键点有源晶振选型省时省力.

频率稳定性有多重要？

频率稳定性衡量振荡器的输出频率由于温度变化,在运行期间可能发生变化.如果频率漂移超出应用程序的预期,可能会出现定时误差发生.频率稳定性以百万分率或ppm表示,相对于特定温度范围内的标称频率.振荡器使用在制造过程中以不同角度切割的石英晶振产生不同的温度响应.常见的X温度稳定性额定值包括±20ppm,±50ppm和±100ppm.较低的ppm意味着输出频率在给定温度范围内更稳定.

值得注意的是,频率稳定性只是了解方式的一个方面振荡器的频率可能会发生变化.完整的测量潜在的频率偏差称为总稳定性,它是总和频率稳定性随温度变化,初始精度在25°C,老化超过a指定的时间和温度.如图3所示,总稳定性揭示了石英晶体振荡器可能产生的最坏情况可能的频率使用寿命.

你需要水晶还是振荡器？

大多数消费类和电池供电的应用都使用片上系统（SoC）具有集成振荡器电路和简单,低成本晶体的器件时钟合成.适用于高端应用-数据中心,电信,工业自动化等-外部XO晶振通常用于为SoC的内部PLL提供参考时序.使用片外时钟源是有利的,因为它提供了一个独立的隔离参考时钟经过优化,可提供低抖动操作串扰最小.另一个值得注意的好处是石英振荡器合并集成电源噪声抑制,以最大限度地减少板级的影响时钟抖动噪声.

需要什么抖动性能？

定时抖动是一种测量时钟信号纯度的方法.越低了抖动,噪音越小.由于振荡器通常用作本地振荡器对于系统的“心跳”,需要干净且低抖动的输出.在示波器的时域中测量抖动-例如,周期抖动和周期间抖动-或者在a.的频域中相位噪声分析仪,在频带上集成RMS相位抖动,例如12kHz至20MHz,如图2所示.

低相位抖动有源晶振XO <250 fs-RMS对于更高性能至关重要应用,因为高水平的时钟抖动导致不可接受的高误码率（BER）,流量丢失或系统通信丢失.因此,如果有疑问,从低抖动时钟源开始总是更安全提供更多的抖动余量.在理想情况下,应用程序或芯片组由驱动器驱动振荡器将提供最大允许抖动规范伴随积分带,相位噪声掩模和杂散要求.在在这种情况下,主要考虑的是需要多少抖动余量振荡器允许来自缓冲器或其他芯片的任何附加抖动更远时序路径的下游.

另一个考虑因素是一些XO数据表只宣传“典型”抖动规范.它不保证设备性能超过过程,电压,温度和频率变化.通常,硬件设计师不会拥有全面的设备系统所有关键组件的抖动要求.参考设计在这种情况下有用,因为设计的振荡器已经存在审核.与提供各种各样的贴片晶振供应商合作也可能有所帮助具有不同抖动和成本选项的振荡器以及在线工具提供帮助你确定最合适的.同样,如果有疑问,开始时总是更安全一个低抖动振荡器,然后评估宽松抖动选项作为a降低成本的潜在未来之路.

虽然它们可能看起来相同并且共享许多规格,晶体和振荡器是非常不同的设备.封装的水晶是一块石英,切割和抛光以在具有高Q值的特定频率下共振.它不是包含振荡器电路,驱动石英产生时钟输出.相反,驱动电路位于晶体所在的器件内部连接的.相比之下,SPXO石英晶体振荡器是包含该晶体振荡器的完整器件石英晶体,振荡器电路,输出驱动器,并且可能是锁相的循环（PLL）.XO以指定的频率和信号提供时钟输出格式,例如CMOS,LVDS和LVPECL.振荡器（图1）也可以直接驱动芯片或通过缓冲器馈送以提供a的多个副本特定频率.

你的频率会改变吗？

许多OSC晶振应用仅需要单个固定频率,如156.25兆赫.在其他情况下,振荡器提供的频率可能需要更改.例如,12G-SDI视频成帧器可能需要在它们之间切换两种不同的视频帧速率为297MHz和297/1.001MHz.在其他时候,可能需要有意添加一个小频率偏差作为保证金测试的一部分,以对系统级设置进行压力测试保持时间.也许最常见的是,设计师可能还不确切最终设计将使用哪个频率,但他们知道他们需要一个振荡器提供此参考.

对于此类应用,理想的解决方案是提供多个振荡器,预先存储的频率.双和四振荡器可用于这些应用.这些器件的输出频率可通过引脚选择启用单个XO石英晶体振荡器替换多个振荡器和多路复用器.如果申请需要混合整数和小数时钟,选择一致提供的设备,所有目标频率的低抖动操作.

另一种有用的振荡器是I2C可编程晶体振荡器.这些设备提供最大的频率灵活性,提供一致的低抖动操作在很宽的频率范围内.这些设备可以在运行中重新编程提供几乎无限数量的频率.它们对于数字PLL体系结构中的原型设计和使用也非常有用,其中主处理器提供快速数字反馈机制以允许XO锁定并跟踪参考信号.

XO晶振可能在整个温度范围内具有出色的频率稳定性,但这一点测量仅相对于它在室内提供的标称频率温度.因此,某些设备的初始精度误差可能非常大,例如SAW振荡器,必须加以考虑.类似地,石英晶体在很长一段时间内缓慢老化,这导致输出频率缓慢漂移.一些振荡器供应商指定老化只有一年在25°C,而更保守的供应商指定老化10多年的温度,为更高的温度提供更可靠的保证长期运作.老化条件可以使总稳定性产生实质性差异振荡器,有时可以进行苹果对苹果的比较难.如果有疑问,使用保证的定时装置会更安全规范在更严格的条件下提供更多的设计余量.