什么是振蕩器?它有什么作用?選擇合適的振蕩器通常需要權(quán)衡多個因素。本文將簡單闡述影響振蕩器最關(guān)鍵的八大參數(shù)。選擇電子元件時，你首先考慮的是什么?很有可能是處理器或系統(tǒng)的其它核心元件。定時器件可能是浮現(xiàn)在你腦海中的最后一樣?xùn)|西，盡管時鐘信號是系統(tǒng)中所有信號賴以存在的“心跳”。
為應(yīng)用選擇正確工作頻率的定時器件可能看起來很簡單，不過仍然有許多影響系統(tǒng)性能的因素需要考慮。那么，最重要的參數(shù)和注意事項(xiàng)是什么?下文將對振蕩器的主要參數(shù)及其重要性做簡要概述。
1. 頻率
振蕩器的最基本參數(shù)是頻率，即振蕩器輸出信號的重復(fù)率(周期)。頻率以赫茲(Hz)為單位，即每秒所包含的周期數(shù)。目前，SiTime的振蕩器可為低功耗器件提供低至1Hz的頻率，同時也支持高至725MHz的器件。SiTime振蕩器的頻率可在其頻率范圍內(nèi)進(jìn)行編程，精確到小數(shù)點(diǎn)后六位。
2. 頻率穩(wěn)定性
頻率穩(wěn)定性是振蕩器的基本性能指標(biāo)之一，參考額定輸出頻率通常以百萬分率(parts per million，ppm)或十億分率(parts per billion，ppb)計。它表示外部條件導(dǎo)致的輸出頻率與理想值的偏差。因此，穩(wěn)定性數(shù)值越小，性能越好。不同振蕩器類別，影響頻率穩(wěn)定性的外部條件可能不同，但通常包括溫度變化以及在25°C時測量的初始補(bǔ)償。同時還可能包括隨時間變化的頻率老化、頻率偏移、電源電壓變化和輸出負(fù)載變化等電氣條件。
3. 抖動和相位噪聲
相位噪聲及在時域下測量的抖動的重要度，通常被認(rèn)為是繼振蕩器頻率穩(wěn)定性之后的性能指標(biāo)。相位噪聲和抖動與系統(tǒng)性能直接相關(guān)，會影響串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的誤碼率(bit-error-ratio，BER)等參數(shù)。相位噪聲和抖動是量化時鐘信號噪聲的兩種方法。相位噪聲用來測量頻域內(nèi)的時鐘噪聲;抖動則是用來測量時域內(nèi)噪聲對時鐘的影響。
由于抖動和相位噪聲是影響系統(tǒng)時序誤差的主要因素，因此在評估總時序預(yù)算時，需充分考慮時鐘噪聲。這并不是一件簡單的事情。并非所有振蕩器廠商都會以相同的方式指定抖動。抖動要求因應(yīng)用而異，頻域內(nèi)測量的集成相位抖動分別有不同類型的抖動和不同的集成范圍。
4. 輸出信號格式
芯片組供應(yīng)商可以為定時芯片指定所需的輸出信號模式。輸出類型分為兩類：單端或差分。單端振蕩器成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，但也有局限性。例如它們對電路板噪聲比較敏感，因此通常更適合166MHz以下的頻率。LVCMOS(Low-voltage CMOS)是最常見的單端輸出類型，可以軌到軌擺動。
差分信號相對來說則是一種更昂貴的選擇，但其性能更好，是高頻應(yīng)用的首選。由于差分走線常見的所有噪聲都將被消除，因此此模式對外部噪聲不那么敏感，會產(chǎn)生較低的抖動和電磁干擾(EMI)。最常用的差分信號類型包括LVPECL、LVDS和HCSL。
5. 電源電壓
電源電壓，以伏特(V)為單位，是操作振蕩器所需的輸入電源。電源電壓通過VDD引腳為振蕩器供電，因此有時也被稱為VDD。單端振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)電壓包括1.8V、2.5V和3.3V?，F(xiàn)代差分振蕩器的電壓通常介于2.5V和3.3V之間。
6. 電源電流
電源電流是指振蕩器的最大工作電流，以微安(μA)或毫安(mA)為單位，在最大電壓或標(biāo)稱電壓下進(jìn)行測量。典型電源電流是在沒有負(fù)載的情況下測量的。
7. 工作溫度范圍
工作溫度范圍規(guī)定了器件預(yù)期工作的環(huán)境溫度，需符合數(shù)據(jù)規(guī)格。常見的溫度范圍是： - 商業(yè)級、車規(guī)級4級：0至+70°C - 商業(yè)擴(kuò)展級：-20至+70°C - 工業(yè)級、車規(guī)級3級：-40至+85°C - 工業(yè)擴(kuò)展級，車規(guī)級2級：-40至+105°C - 車規(guī)級1級：-40至+125°C - 軍工級：-55至125°C - 車規(guī)級0級：-40至150°C
8. 封裝
振蕩器通常采用金屬、陶瓷或塑料封裝技術(shù)，采用多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝尺寸。焊盤(引腳)的排列可能因供應(yīng)商而異，但x-y的整體尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的。通常有四個引腳的單端振蕩器的常見封裝尺寸包括： - 2016：2.0 x 1.6 mm - 2520：2.5 x 2.0 mm - 3225：3.2 x 2.5 mm - 5032：5.0 x 3.2 mm - 7050：7.0 x 5.0 mm
差分振蕩器有六個引腳，通常采用較大的3225、5032和7050封裝尺寸。一些專用振蕩器，如恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)，采用的封裝尺寸要大得多。通常為25.4 x 25.4mm，范圍從9.7 x 7.5mm到135 x 72mm。
其它參數(shù)
本文中所列出的八項(xiàng)參數(shù)是設(shè)計人員在選擇振蕩器時最常用的規(guī)格參數(shù)。但是根據(jù)應(yīng)用的不同，有時還需考慮許多其它參數(shù)和功能。這些參數(shù)包括降低EMI特性、頻率微調(diào)的拉動范圍、啟動時間和質(zhì)量/可靠性等。對于高性能應(yīng)用，除了保證基本的頻率穩(wěn)定性之外，還應(yīng)考慮其它額外的穩(wěn)定性相關(guān)規(guī)格要求。比如老化、頻率與溫度的斜率(ΔF/ΔT)、熱滯后、阿倫方差(Allan deviation)、哈達(dá)瑪方差(Hadamard Variance)、保持特性(holdover)和重現(xiàn)性(retrace)等。以上急速振蕩器的相關(guān)技術(shù)概述，希望能給大家?guī)椭?
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