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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。

有源晶振频率稳定性 我们在购买有源晶振时，发现人们对晶体振荡器的稳定性存在许多误解。更具体地说，通常我们发现有几种不同类型对有源晶振频率稳定性影响的常见问题，包括： 频率与温度的稳定性 频率与负载稳定性 频率与电源稳定性 艾伦偏差(ADEV) 在这篇文章中，你可以了解到更多关于有源晶振产品频率稳定性的这些因素的造成和如何进行改善。 有源晶振频率与温度的关系 晶体的特性告诉我们：晶体是一个受温度影响的电子元器，所以温度是导致频率漂移的最主要原因，因此被放在首位。湿度和压力的影响更大(以十亿分之一为单位)，但只要使用真空或氮气等惰性气体对晶体进行密封包装，就能轻松解决这些环境影响。 有源晶振产品在标准范围内的温度变化会可能只有几十ppm的频率漂移，但是如果在极端温度下会进一步恶化，更高的频率漂移，及到有可能会导致停止振荡(工作)。 对于许多应用而言，冷却风扇等简单的系统级解决方案并不实用，但可以在振荡器集成电路 (IC)中设计精确控制，以感知和补偿环境温度变化, 这方面的解决方案，我们有TCXO(温度补偿晶体振荡器)、VCXO(压控晶体振荡器和OCXO(恒温控制晶体振荡器)，我们也要了解有源晶振的稳定性额定值(通常以常温25℃为特征)，但这并不代表有源晶振产品在整个温度范围内的精度，只代表了在常温25℃时的频率公差。 温度补偿晶体振荡器(TCXO) 有一个内部温度传感器，集成电路利用它来调整晶体的频率。 晶振产品-TCXO温补晶振 压控晶体振荡器(VCXO) 可通过外部施加的电压调节频率。VCXO 在频率调制(FM)和锁相环 (PLL)系统中有着广泛的应用。变容二极管本质上是一个可变电压电容器，可通过电压控制频率。 晶振产品-VCXO压控晶振 恒温晶体振荡器(OCXO) 最耐温度变化。它把晶体装在一个外壳中，外壳中的专用电路可加热晶体周围的区域。这样可以保持恒温，无需进一步的漂移补偿。在正常工作条件下，OCXO 的漂移最小。 晶振产品-OCXO恒温晶振 有源晶振频率与负载的关系 电容负载会影响频率。晶体振荡器必须与不同的负载相匹配，以考虑到晶体元件的多样性。 还必须考虑最大驱动功率，以防止过度驱动。如果石英晶体长期工作在超过预期最大功率的过驱动条件下，就会很快老化。 甚至电路板上的位置也会影响电容负载，这意味着需要重新定位晶体本身或重新布线其他元件。所有这些都是潜在的机械共振源，必须在振荡器电路设计过程中加以考虑和测试。 振荡器频率与工作电压的关系 改变工作电压会导致振荡电路的有效电阻发生变化，从而导致频率漂移。一种解决方案是使用稳压电源，确保输出电压始终保持在电源的额定值，而不管器件消耗的电流是多少。所以在购买晶振时需要注意有源晶振的工作电压的规格，以确保晶振工作的稳定性。 ADEV-艾伦偏差 阿伦偏差(阿伦方差的平方根)用于测量频率稳定性。在这些设备中，有两种相位噪声成分，标准偏差无法通过直接重复测量来解决：白频噪声和闪烁频率噪声。ADEV为两个或多个振荡器之间的相位或频率测量时间序列提供了有意义地分离噪声形式的方法。

有源晶振用于产生稳定的时钟信号。其内部有独立的起振芯片，不受外部电路影响。选型时需要考虑一些关键参数，以确保器件在特定应用中能够满足性能需求。以下是一些常见的有源晶振选型参数。 1. 初步筛选型号 KOAN晶振产品中心页面中，可先根据“封装尺寸”“波形”进行初步型号筛选。 封装尺寸 晶振有贴片型SMD，直插型DIP两种封装。高频率的振荡器需要更小的尺寸，低频率的振荡器可能需要更大的尺寸。详见：《 晶振封装尺寸及其焊接方式 》 波形 晶振输出波形可分为方波和正弦波；也可以分为单端输出和差分输出。在选择合适的波形时，凯擎小妹建议您结合波形特点和应用领域，权衡利弊后再选择。详见：《 单端输出和差分输出波形 》 2.锁定型号 假设我需要一个7050尺寸，CMOS输出的20MHz晶振。根据应用和需求，选择晶振类型：普通KS，扩频KM，低相噪KJ。 频率 晶振的频率是指晶振振荡产生的周期性信号的频率，通常以赫兹Hz为单位表示。晶振的频率大小取决于晶片厚度和晶片尺寸。晶片越薄，振荡频率就越高。 扩频晶振 高速频率源是电子电路中电磁干扰的主要来源。为降低高速数字系统带来的电磁干扰，可使用消除电磁波干扰晶振，也称扩频晶振，展频晶振。详见：《 KOAN扩频晶振 EMI Reduction 》 低相噪晶振 晶振的短期频率稳定度由噪声引起导致的频率不稳定。低噪声KOAN晶振在精密电子仪器，无线电定位，高速目标跟踪和宇航通信等领域十分重要。详见：《 低相噪晶振 - KJ系列 》 3. 必选参数 点击KJ70参数选择页面，会出现必选参数：工作电压，温度稳定性。 电压 这是晶振能够正常工作的电压范围。在这个范围内，晶振应该能够提供稳定的振荡信号。超出这个范围，振荡器的频率稳定度会受到电源电压变动和负载变动的影响，甚至可能无法正常工作。 温度稳定性 ppm/°C 晶振频率温度稳定度是指晶振在不同温度下能够维持相对恒定的频率。这一特性是衡量晶振在温度变化时频率变化程度的指标。频率温度稳定度通常以百万分之几（ppm/℃）为单位。 较低的频率温度稳定度意味着晶振在不同温度条件下更为稳定，对于一些对频率精确性要求较高的应用，如通信、导航、精密测量等，这是一个重要的性能指标。 4. 其它参数 以确保满足特定应用的要求，以下参数也需要考虑： 长期稳定度：老化 在所有其它条件都恒定不变的情况下，晶振的频率仍会随着时间推移而发生的漂移，这种长期漂移是由晶体元件和振荡电路的其它元器件缓慢变化造成的，可用日老化(ppb/天)和年老化(ppm/年)表示，即晶振仅仅随时间流逝而引起的频率变化量。详见：《 晶振的老化率 》 频率-负载/电源稳定度 在其它条件均保持不变，负载阻抗/供电电源在规定范围内(+/-5%)变化引起的晶振频率变化的最大值。 起振时间 第一次振荡的启动时间主要由晶体的谐振电阻与负性阻抗共同决定，同频率晶体的体积越小，谐振电阻就越大，负载电容相应变小；而负性阻抗大小由振荡 IC 和负载电容CL决定，负载电容与负性阻抗大小成反比。 工作电流 在指定电压下进入振荡器的电流。工作电流越大，带载能力强；反之越小，功耗越低。在一些对功耗有严格要求的应用中，电流消耗是一个关键参数。

晶体是晶振的基础，晶振则是利用晶体的特性来产生稳定的电信号。晶振被广泛用于计算机、通信设备、钟表等需要高精度时钟信号的设备中。 晶体 晶体是一种固体材料，其原子或分子以高度有序的方式排列形成周期性的结构。在电子设备中，晶体通常指的是石英晶体，它具有稳定的谐振频率特性。这种晶体可以被用于制造晶振。 晶振 晶振是一种电子元件，利用晶体的谐振特性来产生稳定的电信号。晶振通常包括一个晶体以及电路来驱动晶体，使其产生特定频率的振荡。KOAN晶振可分为有源晶振和无源晶振。它们的主要区别在于是否具有内部的驱动电路。 有源晶振 1. 内部激励电路：有源晶振内部集成了激励电路，可以独立地产生振荡信号，无需外部电路提供驱动信号。 2. 独立性：由于有内部的驱动电路，它相对独立运作，可以直接连接到电路中，产生所需的振荡信号。 3. 稳定性和精度：由于内部电路的控制，有源晶振通常具有更高的稳定性和精度，能够提供更准确和稳定的时钟信号。 无源晶振 1. 无内部驱动电路：无源晶振不包含内部的驱动电路，需要外部电路提供激励信号以启动振荡。 2. 依赖外部驱动：它依赖外部电路提供恰当的激励信号，否则无法产生振荡。 3. 外部依赖性：其性能和稳定性受到外部驱动电路的影响，如果外部驱动信号不稳定或不适当，可能会影响振荡的精度和稳定性。