标签: 晶体振荡器

大家在购买晶振产品时，有些人会混扰于石英晶体和晶体振荡器这两种产品，其实石英晶体和晶体振荡器虽然外观相同，规格也有很多相似之处，但它们却是截然不同的电子元器件，下面我来给大家介绍一下这两者产品的区别。 从产品内部结构来看： 石英晶体和晶体振荡器虽然外观相同，规格也有很多相似之处，但它们却是截然不同的设备，这一点，我们从上图的产品结构可以看出来。石英晶体的封装是一块石英晶片，经过切割和抛光，可在特定频率下产生高Q值的共振。它不包含驱动石英晶片产生时钟输出的振荡电路。 相比之下，晶体振荡器或XO是一个完整的设备，包含石英晶体、振荡电路、输出驱动器和潜在的锁相环(PLL)。XO以指定的频率和信号格式(如CMOS、LVDS和LVPECL)提供时钟输出。振荡频率可以直接驱动芯片，也可以通过缓冲器提供特定频率的多个副本。 从产品外观看： 基本所有的晶体振荡器产品相同尺寸的产品高度都要比石英晶体的高度要略高一些，主要原因是晶体振荡器内部多了IC芯片，如果是VCXO里面还有变容元件产品，所以高度是高于石英晶体产品。 印字方面： 石英晶体产品没有极性区分，基本不用区分脚位；而晶体振荡器产品是区分极性的，如果是4个脚位，那么1脚有可能是不接或三态脚NC/3-State，2脚是接地GND，3脚是频率输出脚Output，4脚是电源输入脚Vcc；如果是6脚或5脚或更多脚的，则脚位功能就需要参考晶振厂家给出的规格书来定义，一般#1脚正对的上盖会印着一个“.”，代表这个对着下面的是1脚。 什么是石英晶体： 石英晶体谐振器是一种能产生稳定频率的无源元件。 如何激活石英晶体： 为了使石英晶体产生稳定的频率，我们需要合适的振荡电路 晶体振荡器的优点是什么？ 无需振荡电路即可向微控制器单元提供时钟信号 可产生理想的频率精度，不受外部电容器、电路板和振荡电路负载电容等任何其他元件的影响 可在宽温度范围内产生理想的频率精度 可在超低电流消耗下启动 使用晶体振荡器可节省电路板空间 大多数消费类和电池供电应用都使用集成振荡电路的片上系统(SoC)设备和简单、低成本的石英晶体来合成时钟信号。对于高端应用(数据中心、电信、工业自动化等)，通常使用外部晶体振荡器XO为SoC的内部PLL提供参考定时。

晶科鑫新推出抗振低频恒温晶振OCXO 随着空间技术的迅速发展，各种高速飞行器对其使用的电子仪器设备在振动、冲击、加速度等恶劣环境下的抗干扰能力提出了越来越高的要求。而对振动极为敏感的晶体振荡器是各类电子设备中不可缺少的高稳定基准频率源，振动对晶振输出频率稳定度及噪声的影响已不容忽视。我司新推出抗振低频OCXO恒温晶振产品采用SC切割晶体技术，自研抗振专用晶体，开发出了低G灵敏度的OCXO恒温晶振产品-KL系列，该系列恒温晶体振荡器具有出色的相位稳定性、长期可靠性和快速启动时间，在恶劣环境中表现出色。它不仅可以确保精确的无线通信，还可以在极端条件下提供可靠的连接，我司KL抗振低频OCXO恒温晶振可应用于航天海空，如舰载、车载、机载、军工、飞行器等产品行业上。 KL抗振低频系列OCXO恒温晶振产品频率范围可从10MHz到50MHz，常用频率:10MHz、13.88MHz、20MHz、25MHz、50MHz等频率，频率公差小于50ppb，温度频率精度最高可达5ppb，G灵敏度可达0.3ppb/g(10MHz)，相位噪声远端100KHz可达-172dBc，输出波形有LVCMOS/HCMOS/Sine Wave这几种可供选择，工作电压5V/8V/12V，可选择带压控功能(VC)，最大功耗3.5W，稳定状态为1.2W，产品尺寸可选20.6*20.6*11mm、25.6*25.6*12.5mm、36.4*27.4*13mm。 具体参数如下： Frequency Stability(Operating Temperature and Temperature Characteristics) G-Sensitivity Indicators Phase Noise 欢迎广大客户如有需要此类OCXO恒温晶振可与我司进行联系，我司将依照贵司规格进行量身订做出合适的OCXO恒温晶振产品。

我司深圳市晶科鑫实业有限公司今天主要是想给大家讲解一下TCXO温补晶振的一些基础知识和一些重要的性能参数，给大家在选购TCXO温度补偿晶体振荡器时有一个简单的了解！ TCXO英文全称Temperature Compensated Crystal Oscillator温度补偿晶体振荡器，TCXO温补晶振，大部分TCXO温补晶振周围是没有外壳，所以不能防止环境温度影响频率。而TCXO内部结构图，则取而代之的是，TCXO包含一个补偿网络(热敏电阻)，该网络能够感测环境温度的变化，并调整施加在晶体上的电压，使其与这些变化完全相反。以这种方式校正电压可以抵消周围空气温度变化的影响，并保持频率稳定。 标准TCXO温补晶振内部结构图 标准的TCXO温补晶振产品具有相当多的性能参数。一些最常见的性能数据总结如下： TCXO温补晶振ppm精度性能：TCXO的温度性能优于普通晶体振荡器。普通晶体振荡器的频率稳定性，常温为±10ppm或更大，温度频率精度为±20ppm乃至更大，而TCXO温补晶振常温25°C时为±1.5ppm乃至更小，而温度稳定性可以从±0.1ppm~±2.0ppm，精度可以看到好到10到40倍的改善。 功耗：鉴于需要额外的电路，TCXO的功耗将大于普通振荡器。此外，成本也更高。还应记住的是，TCXO温补晶振在启动后需要一小段时间才能稳定下来。这个时间可能是100ms，也可能更长，取决于设计。 TCXO可以根据其设计方式和最终用户的要求提供各种封装。最常见的结构形式是在小型印刷电路板上构建电路，该电路板可安装在板状金属封装中。这样就可以安装到整个设备的主电路板上。由于晶体本身是密封的，这意味着整个 TCXO 封装的密封性并不重要，甚至在大多数应用中都不需要密封。 TCXO封装：TCXO可以根据其设计方式和最终用户的要求以各种封装形式提供。目前最常见的结构方式也是像普通晶体振荡器一样的贴片封装和插件封装，比较特殊点的结构形式是在小型印刷电路板上构建电路，该电路板可以装在电镀金属封装中。然后，这适用于安装到整个设备的主电路板上。由于晶体本身是密封的，这意味着整个TCXO封装的密封并不重要，甚至大多数应用都不需要密封。目前TCXO温补晶振产品贴片封装系列最小尺寸可以做到SMD1612(1.6×1.2)，比较常规的尺寸有SMD1612(1.6×1.2)、SMD2016(2.0×1.6)、SMD2520(2.5×2.0)、SMD33225(3.2×2.5)、SMD5032(5.0×3.2)、SMD7050(7.0×5.0)、SMD1409(14.0×9.0)等，插件封装主要有全尺寸DIP14(20×12)这个系列。 输出信号：TCXO温补晶振我们常见的输出信号有削峰正弦波和CMOS较多，有少部分输出信号有LVDS、LVPECL、HCSL、CML等差分信号输出。但是较多的还是削峰正弦波，相对CMOS输出信号，优点有非谐波抑制、电磁干扰减少、温度稳定性好、相位噪声好、低功率、频率稳定性好等优点。如果需要正弦波输出，则必须在一开始就选择正弦波输出，但这就将限制可供选择的范围。 图为削峰正弦波输出波形(在正弦波的波峰上削峰,其波形更接近于方波CMOS) 电源要求：实际功率要求取决于设备。但市场上主流的供电电压采用3.3V的供电，功耗可能最低至2.0 mA，如果使用1.8V的电源供电，功耗可做到更低，削峰正弦波的功耗要比CMOS的功耗要低，差分信号输出则功耗更高。

在购买有源晶振时，我们经常会看到晶振产品规格书上的输出信号上有是CMOS，是LVCMOS，也有是LVPECL，,也有LVDS，也有HCSL等，但这些输出信号有什么区别呢？这些输出信号的区别在于正确选择信号类型可以避免时钟信号的衰减和失真，同时还可以确保从输出信号中获得的好处多于缺点，以满足您的特定设计需求。 有源晶振产品输出信号主要分为两类 常见的信号类型分为两类：单端输出和差分信号输出。每个类别都包括几种类型的输出信号。 单端输出 正弦波和削峰正弦波 CMOS(互补金属氧化物半导体) HCMOS(高速CMOS) LVCMOS(低压CMOS) TTL(晶体管到晶体管逻辑) LVTTL(低压TTL) 差分信号输出 ECL(发射极耦合逻辑) PECL(正发射极耦合逻辑) LVPECL(低压PECL) CML(电流模式逻辑) LVDS(低压差分信号) HCSL(高速电流转向逻辑) 其中单端输出的CMOS输出包括(CMOS、HCMOS、LVCMOS)，工作电压主要有1.0V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V、12V等，但由于12V功耗过高，目前12V基本不用。产品基本涵盖SPXO、VCXO压控晶振、TCXO温补晶振、OCXO恒温晶振等产品都有该模式输出，但OCXO恒温晶振产品工作电压大多数都是3.3V、5.0V和12V。 正弦波和削峰正弦波信号输出晶振产品有TCXO恒温晶振和OCXO恒温晶振产品。而TTL已经被CMOS淘汰了。这是因为CMOS比TTL具有更低的成本和更好的抗噪性。CMOS和TTL都非常适合低功耗、高输出摆幅和相对较低的成本需求。 差分信号输出-ECL、PECL、LVPECL这几种基本可以混成一类。由于ECL功耗大，需要负电源。为简化电源，出现了PECL(ECL结构，改用正电压供电)和LVPECL。工作电压PECL有5.0V，但LVPECL只有工作电压只有2.5V和3.3V。 差分信号输出-LVDS，LVDS差分信号具有功耗较低，电压摆幅往往较小等特点，与LVPECL相比降低了抖动性能，工作电压常用的有2.5V和3.3V，最低目前支持1.8V的工作电压。 差分信号-HCSL，优点是其高阻抗输出和快速开关时间，类似于LVPECL，相噪和功耗介于LVPECL和LVDS中间，工作电压常见2.5V和3.3V，部分可以支持1.8V的工作电压。 差分信号-CML，CML具有与LVPECL相似的性能。主要区别在于CML不需要外部偏置。这使得CML在低功耗问题时成为LVPECL的良好替代品，工作电压有1.8V、2.5V、3.3V。 以上是对有源晶振信号输出做个简单的介绍，下篇我们会对这些输出信号做个详细的解释和分析它们的优缺点。

上篇我们对有源晶振信号的输出种类做了个简单的分析，那么选择哪种信号类型取决于应用的具体需求，接下来，让我们来详细来了解每种输出信号的类型，以更好地了解它们的优点和用途。这将使您更清楚地了解哪种类型最适合您的需求。 单端：正弦波和削波正弦波(Sinewave & Clipped Sinewave) 这是晶体振荡器电路的标准或“原始”信号输出。它仅由一个基频组成，不存在任何谐波。这将提供振荡器可以预期的最大频谱波动。正弦波输出非常适合要求苛刻的低相位噪声应用。 单端：互补金属氧化物半导体(CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor)、HCMO和LVCMOS 互补金属氧化物半导体(CMOS)输出适用于较短的走线长度和较低频率的时钟源(低于 220MHz)。这将允许时钟输出和接收器输入之间直接连接。在大多数情况下，可以使用低值串联电阻器来有效减少反射并保持可靠的信号。此外，还有高速(HCMOS)和低压(LVCMOS) 输出，可能更适合您的特定需求。 CMOS信号输出波形 单端：晶体管到晶体管逻辑(TTL: Transistor-to-Transistor Logic) 在大多数情况下，TTL已经被CMOS淘汰了。这是因为CMOS比TTL具有更低的成本和更好的抗噪性。CMOS和TTL都非常适合低功耗、高输出摆幅和相对较低的成本需求。 差分：发射极耦合逻辑(ECL: Emitter Coupled Logic) ECL 主要是作为 TTL 的良好替代品引入的。ECL电路可以非常快速地改变状态，这使得它们更能满足非常高速的数据传输需求。然而，ECL确实有一些缺点。它需要相当高的电流才能运行，并使用负电源，这在尝试连接到正极基极电源设备时可能会带来挑战。 差分 ： 正发射极耦合逻辑(PECL: Positive Emitter Coupled Logic)和LVPECL 正发射极耦合逻辑(PECL)输出经常用于高速时钟分配电路。这是因为PECL具有高抗噪性、在长线路长度上驱动高数据速率的能力，以及由于电压摆幅大而具有的良好抖动性能。PECL的主要缺点是需要高功耗才能运行。 低压PECL(LVPECL)为千兆以太网(GbE)和光纤通道的使用奠定了良好的基础。LVPECL在电气上与低压差分信号(LVDS)相似，但提供更大的差分电压摆幅和略低的电源效率。LVPECL的输出可能会出现一些挑战，因为需要端接来发射电压。另请注意，不同制造商的差分接收器可能具有不同的输入容差。所以，请一定记住你所需要的规格，了解哪种接收器最适合您！ LVPECL信号输出波形 差分：电流模式逻辑(CML：Current-Mode Logic) CML具有与LVPECL相似的性能。主要区别在于CML不需要外部偏置。这使得CML在低功耗问题时成为LVPECL的良好替代品。 差分 ： 低压差分信号(LVDS：Low Voltage Differential Signaling) LVDS与LVPECL类似，但LVDS的功耗较低，电压摆幅往往较小。此输出通常用于高速数据传输需求，如时钟分配或背板收发器。对于更高的数据速率，通常需要高速电流转向逻辑 （HCSL）、CML 或 LVPECL，但需要比 LVDS 更高的功耗。 LVDS还降低了对噪声的敏感性，并且易于在CMOS集成电路（IC）中实现。LVDS的一个缺点是与PECL相比，其抖动性能降低，但正在研究新技术，以实现与LVPECL相同水平的抖动性能。 LVDS信号输出波形 高速电流转向逻辑(HCSL：High Speed Current Steering Logic) HCSL 是一种较新的输出标准，类似于 LVPECL。HCSL的一个优点是其高阻抗输出和快速开关时间。建议使用 10 至 30 欧姆串联电阻器，以减少可能的过冲和振铃。其他优势包括最快的开关速度、平均功耗（介于 LVDS 和 LVPECL 之间）以及中等到良好的相位噪声性能。 HCSL信号输出波形 哪种振荡器输出信号类型适合您的需求？ 差分与单端 正弦波通常提供最佳的相位噪声，其次是CMOS，然后是差分。 更高的频率往往需要差分信号。 差分信号具有更好的上升和下降时间。 差分信号对共模噪声的抵抗力更强。 差分信号的EMI(电磁干扰)问题较少。 易用性 LVDS只需要在接收器上设置一个电阻器，而LVPECL需要在发射器和接收端同时端接。 速度最快 LVDS比CMOS更快，HCSL和LVPECL比LVDS速度更快，但可能需要更高的功率。 功耗最低 LVPECL速度更快，但功耗更高，因此我们建议使用CMOS或LVDS来实现低功耗。 抖动性能 如果是从抖动性能来看，LVPECL信号输出是可以获得最佳抖动性能，然后是LVDS，然后是CMOS。