Skyworks如何選擇合適的振蕩器？

四個(gè)關(guān)鍵問題可以幫助確保您滿足您的設(shè)計(jì)需求

晶體振蕩器通常是設(shè)計(jì)師考慮的最后組件之一，但錯(cuò)誤的部分會(huì)很快扼殺一個(gè)設(shè)計(jì)。此外，搜索各種各樣的可用的石英晶體振蕩器和它們的能力可能會(huì)令人困惑。在選擇一個(gè)石英晶體振蕩器時(shí)，你應(yīng)該問自己四個(gè)關(guān)鍵問題。您找到的答案將有助于確保您的設(shè)計(jì)要求得到滿足。

你需要晶體還是振蕩器？

雖然它們可能看起來相同，并有許多規(guī)格，但晶體和振蕩器是非常不同的設(shè)備。包裝晶體是一塊石英，經(jīng)過切割和拋光，以特定的頻率和高q值進(jìn)行共振。它不包含驅(qū)動(dòng)石英產(chǎn)生時(shí)鐘輸出的振蕩器電路。相反，驅(qū)動(dòng)電路位于晶體所連接的設(shè)備內(nèi)部。

相比之下，晶體振蕩器，或XO，是一個(gè)完整的器件，包含石英晶體，振蕩器電路，輸出驅(qū)動(dòng)器，和一個(gè)潛在的鎖相環(huán)（PLL）。XO提供了一個(gè)指定頻率和信號格式的時(shí)鐘輸出，如CMOS、LVDS和LVPECL差分晶振。振蕩器（圖1）既可以直接驅(qū)動(dòng)芯片，也可以通過緩沖器來提供特定頻率的多個(gè)副本。

圖1：一個(gè)振蕩器是一個(gè)完整的、單輸出的時(shí)鐘發(fā)生器。

Skyworks如何選擇合適的振蕩器？

使用芯片外時(shí)鐘源是有利的，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)獨(dú)立的，孤立的參考時(shí)鐘優(yōu)化，以提供低抖動(dòng)操作與最小的串?dāng)_。另一個(gè)顯著的好處是，振蕩器結(jié)合了集成的電源噪聲抑制，以最小化板級噪聲對時(shí)鐘抖動(dòng)的影響。

需要什么抖動(dòng)性能？

定時(shí)抖動(dòng)是測量時(shí)鐘信號純度的一種方法。抖動(dòng)越低，噪聲就越小。由于石英晶體振蕩器通常作為系統(tǒng)的局部“心跳”，一個(gè)干凈和低抖動(dòng)的輸出是可取的。

抖動(dòng)在示波器上的時(shí)域，例如周期抖動(dòng)和周期抖動(dòng)到周期抖動(dòng)，或在頻帶上的相位噪聲分析儀上的頻域測量，如12 kHz到20 MHz，如圖2所示。

使用<250 fs-RMS的低相位抖動(dòng)XO石英晶體振蕩器在高性能應(yīng)用程序中是至關(guān)重要的，因?yàn)楦咚降臅r(shí)鐘抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致不可接受的高誤碼率（BER）、流量丟失或系統(tǒng)通信損失。因此，當(dāng)有疑問時(shí)，從一個(gè)較低抖動(dòng)的時(shí)鐘源開始以提供更多的抖動(dòng)邊際總是更安全的

在理想的情況下，應(yīng)用程序或由振蕩器驅(qū)動(dòng)的芯片組都將提供最大允許的抖動(dòng)規(guī)范，并附帶集成帶、相位噪聲掩模和支路要求。在這種情況下，主要考慮的是從振蕩器需要多少抖動(dòng)邊際，以允許來自定時(shí)路徑中的緩沖器或更下游的其他芯片的任何附加抖動(dòng)

另一個(gè)需要考慮的問題是，一些XO數(shù)據(jù)表只宣傳了一個(gè)“典型的”抖動(dòng)規(guī)范。它不能保證器件在工藝、電壓、溫度和頻率變化等方面的性能。

通常，硬件設(shè)計(jì)師不會(huì)對系統(tǒng)的所有關(guān)鍵組件有一套全面的抖動(dòng)要求。參考設(shè)計(jì)在這種情況下是有幫助的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的振蕩器已經(jīng)被審查了。

與供應(yīng)商提供廣泛的振蕩器，不同的抖動(dòng)和成本選擇，以及在線工具，以幫助您確定最適合。同樣，當(dāng)有疑問時(shí)，從低抖動(dòng)振蕩器開始，然后評估松弛抖動(dòng)選項(xiàng)作為降低成本的潛在未來路徑總是更安全的。

你的頻率會(huì)改變嗎？

許多振蕩器的應(yīng)用只需要一個(gè)單一的，固定的頻率，如156.25MHz，在其他情況下，由振蕩器提供的頻率可能需要改變。例如，一個(gè)12G-SDI視頻幀分器可能需要在297MHz和297/1.001MHz的兩種不同的視頻幀速率之間進(jìn)行切換。

在其他時(shí)候，可能需要有意地添加一個(gè)小的頻率偏差作為邊際測試的一部分，以壓力測試系統(tǒng)級的設(shè)置和保持時(shí)間。也許最常見的是，設(shè)計(jì)師可能還不知道最終設(shè)計(jì)將使用哪個(gè)頻率，但他們知道他們將需要一個(gè)振蕩器來提供這個(gè)參考。

對于這樣的應(yīng)用，理想的解決方案是一個(gè)提供多個(gè)，預(yù)存儲(chǔ)頻率的振蕩器。雙振器和四振器可用于這些應(yīng)用。這些設(shè)備的輸出頻率是可引針選擇的，使單個(gè)XO可以取代多個(gè)振蕩器和一個(gè)mux。如果應(yīng)用程序需要整數(shù)和時(shí)鐘和分?jǐn)?shù)鐘，選擇一個(gè)在所有目標(biāo)頻率上提供一致低抖動(dòng)操作的設(shè)備。

另一種有用的振蕩器類型是I2C可編程XO。這些設(shè)備提供了最大的頻率靈活性，提供一致的低抖動(dòng)操作在一個(gè)較寬的頻率范圍。這些設(shè)備可以在飛行中被重新編程，以提供幾乎無限數(shù)量的頻率。

它們在數(shù)字PLL架構(gòu)中使用原型也非常有用，其中主機(jī)處理器提供了一個(gè)快速的數(shù)字反饋機(jī)制，允許XO有源晶振鎖定和跟蹤參考信號。

頻率的穩(wěn)定性有多重要？

頻率穩(wěn)定性是衡量振蕩器的輸出頻率在運(yùn)行過程中由于溫度的變化而潛在變化的程度。如果頻率漂移超過了應(yīng)用程序的預(yù)期，則很可能會(huì)發(fā)生定時(shí)錯(cuò)誤。頻率穩(wěn)定性以相對于特定溫度范圍內(nèi)的標(biāo)稱頻率的百萬分之一或ppm表示。

振蕩器在制造過程中使用以不同角度切割的石英晶振來產(chǎn)生不同的溫度響應(yīng)。常見的XO溫度穩(wěn)定額定值包括±20ppm、±50ppm和±100ppm。較低的ppm意味著輸出頻率在給定的溫度范圍內(nèi)更穩(wěn)定。

值得注意的是，頻率的穩(wěn)定性只是知道一個(gè)振蕩器的頻率可能會(huì)變化多少的一個(gè)方面。潛在頻率偏差的完整測量稱為總穩(wěn)定性，即是頻率對溫度的穩(wěn)定性、在25°C時(shí)的初始精度以及在特定時(shí)間和溫度上的老化的總和?？偡€(wěn)定性，如圖3所示，揭示了振蕩器在其工作壽命中可能產(chǎn)生的最壞情況下可能的頻率。

Skyworks如何選擇合適的振蕩器？

XO在溫度上可能具有良好的頻率穩(wěn)定性，但這種測量僅相對于它在室溫下提供的標(biāo)稱頻率。因此，初始精度誤差對于一些器件，如鋸波振蕩器，可能相當(dāng)大，必須考慮

同樣，石英晶體在長時(shí)間內(nèi)緩慢老化，導(dǎo)致輸出頻率緩慢漂移。一些振蕩器供應(yīng)商指定在25°C下只老化一年，而更保守的供應(yīng)商指定在較高的溫度下老化10年，為長期運(yùn)行提供了更可靠的保證。

老化條件會(huì)對振蕩器的總穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響，有時(shí)也會(huì)使蘋果和蘋果之間的比較變得困難。當(dāng)有疑問時(shí)，在更嚴(yán)格的條件下使用有保證規(guī)格的定時(shí)設(shè)備會(huì)更安全，以提供更多的設(shè)計(jì)邊際。

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