提供穩(wěn)定時鐘同步的低抖動差分晶振

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）晶振，是電子設(shè)備中的關(guān)鍵器件，電子設(shè)備各個模塊想要同步工作需要晶振提供的穩(wěn)定時鐘信號。除了提供穩(wěn)定的時鐘信號，晶振在生成各種頻率的信號以及在控制設(shè)備的運行中都發(fā)揮著重要的作用。

目前應(yīng)用最廣的石英晶振，其實是利用了晶體的壓電效應(yīng)，晶體的兩個電極間被施加電壓時，會由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械振動；反之當(dāng)晶體受到機(jī)械振動時，又會在其兩端產(chǎn)生電壓，這是正壓電效應(yīng)。當(dāng)外部交變電信號的頻率與晶體的自然諧振頻率相匹配時，晶體就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動，并輸出穩(wěn)定的交流電信號，這個頻率通常是精確且穩(wěn)定的。

石英晶振的穩(wěn)定時鐘

石英晶體振蕩器已經(jīng)主導(dǎo)了電子設(shè)備時間參考應(yīng)用很久很久，這些晶體振蕩器覆蓋了從低端（實時時鐘）到高端（復(fù)雜無線電、GPS和軍用/航空）每一個應(yīng)用?；谑⒕w的壓電效應(yīng)制造的晶振，比陶瓷晶振在精度和穩(wěn)定性上強(qiáng)出一大截。

晶振有著有源無源之分，無源晶振僅包含石英晶體單元，沒有振蕩電路，需配合外部電路才能產(chǎn)生振蕩信號，有源晶振內(nèi)置振蕩電路，可以直接輸出穩(wěn)定的時鐘信號。

一些普通的無源晶振，低頻KHz的主要應(yīng)用于移動終端、小型電子產(chǎn)品、鐘表等時鐘信號應(yīng)用上比較常見。高頻MHz的主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子、智能家居、智能穿戴、智能醫(yī)療等新型應(yīng)用。

有源晶振的類型很多，有兩種不同的方式集成，每種方法都有各自的優(yōu)缺點。第一種方法是常規(guī)的將晶體諧振器與振蕩電路相結(jié)合，即SPXO，并簡單地添加輸出驅(qū)動器來支持不同的輸出類型，這種辦法很簡單，但能支持的頻率極其有限，頻率支持完全依賴于所使用的石英晶體。

另一種晶體集成的方法，是基于PLL，其VCO工作頻率更高。在頻率的支持上這種方法更全面，但也需要更多的核心模塊。

低抖動的差分晶振

對所有時鐘應(yīng)用的晶振來說，低抖動都是其核心性能。更低的時鐘信號的抖動，對于提升信號的穩(wěn)定性和精度至關(guān)重要，時鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定性也建立在此基礎(chǔ)上。

現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用、汽車電子應(yīng)用以及工業(yè)自動化應(yīng)用都需要晶振能夠提供可靠的抗干擾能力以及更穩(wěn)定、更精確的時鐘信號。差分晶振在這些應(yīng)用中受到了青睞，引領(lǐng)了高度傳輸應(yīng)用場景的晶振應(yīng)用趨勢。

差分晶振是有源晶振的一種，也很好理解，就是輸出是差分信號的晶振。它通過使用相位彼此完全相反的信號，并通過差分放大電路進(jìn)行放大和處理，從而消除了共模噪聲，實現(xiàn)更高性能。

不同的差分信號輸出類型有不同的特點，常用的像低電壓正發(fā)射極耦合邏輯輸出模式有著很快的開關(guān)切換速度，低抖動也賦予了該模式較低的噪聲輸出。

LVDS，低電壓差分信號，很有代表性的低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射的差分信號技術(shù)。差分晶振選擇這種輸出模式能夠受益于LVDS的低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射特性。該技術(shù)本身可能在高速信號中出現(xiàn)阻抗不連續(xù)。

還有一種輸出模式是高速電流轉(zhuǎn)向邏輯輸出，主要應(yīng)用在PCIE上，在高速串行通信應(yīng)用中能提供最適配的晶振性能。

目前，這些差分晶振，能為數(shù)據(jù)中心提供精確的時鐘同步與數(shù)據(jù)傳輸，為汽車電子控制與導(dǎo)航系統(tǒng)等提供精確的時鐘與頻率控制，為PLC、機(jī)器人等工業(yè)應(yīng)用提供穩(wěn)定的時鐘信號與精確的時間測量。

小結(jié)

在數(shù)據(jù)速率、可靠性要求不斷攀升的需求下，晶振需要在靈活性、尺寸、成本以及抖動性能上的滿足各種要求?；诓罘旨夹g(shù)的晶振，為這些新需求提供了不少助力。