遥遥领先Skyworks振荡器的选择

遥遥领先Skyworks振荡器的选择，四个关键问题可以帮助确保您满足您的设计需求

晶体振荡器通常是设计师考虑的最后组件之一，但错误的部分会很快扼杀一个设计。此外，搜索各种各样的可用的石英晶体振荡器和它们的能力可能会令人困惑。在选择一个振荡器时，你应该问自己四个关键问题。您找到的答案将有助于确保您的设计要求得到满足。

你需要晶体还是振荡器？

虽然它们可能看起来相同，并有许多规格，但石英晶体和晶体振荡器是非常不同的设备。包装晶体是一块石英，经过切割和抛光，以特定的频率和高q值进行共振。它不包含驱动石英产生时钟输出的振荡器电路。相反，驱动电路位于晶体所连接的设备内部。

相比之下，石英晶体振荡器，或XO，是一个完整的器件，包含石英晶体，振荡器电路，输出驱动器，和一个潜在的锁相环（PLL）。XO提供了一个指定频率和信号格式的时钟输出，如CMOS、LVDS和LVPECL。振荡器（图1）既可以直接驱动芯片，也可以通过缓冲器来提供特定频率的多个副本。

图1：一个振荡器是一个完整的、单输出的时钟发生器。

大多数消费和电池供电的应用使用芯片系统（SoC）设备，集成振荡电路和一个简单、低成本的晶体用于时钟合成。适用于高端应用程序——数据中心、电信、工业自动化等。—一个外部XO有源晶振通常用于为SoC的内部pll提供参考定时。

使用芯片外时钟源是有利的，因为它提供了一个独立的，孤立的参考时钟优化，以提供低抖动操作与最小的串扰。另一个显著的好处是，振荡器结合了集成的电源噪声抑制，以最小化板级噪声对时钟抖动的影响。

需要什么抖动性能？

定时抖动是测量时钟信号纯度的一种方法。抖动越低，噪声就越小。由于石英晶振振荡器通常作为系统的局部“心跳”，一个干净和低抖动的输出是可取的。

抖动在示波器上的时域，例如周期抖动和周期抖动到周期抖动，或在频带上的相位噪声分析仪上的频域测量，如12 kHz到20 MHz，如图2所示。

使用<250 fs-RMS的低相位抖动XOs在高性能应用程序中是至关重要的，因为高水平的时钟抖动会导致不可接受的高误码率（BER）、流量丢失或系统通信损失。因此，当有疑问时，从一个较低抖动的时钟源开始以提供更多的抖动边际总是更安全的

在理想的情况下，应用程序或由振荡器驱动的芯片组都将提供最大允许的抖动规范，并附带集成带、相位噪声掩模和支路要求。在这种情况下，主要考虑的是从振荡器需要多少抖动边际，以允许来自定时路径中的缓冲器或更下游的其他芯片的任何附加抖动

另一个需要考虑的问题是，一些XO数据表只宣传了一个“典型的”抖动规范。它不能保证器件在工艺、电压、温度和频率变化等方面的性能。

通常，硬件设计师不会对系统的所有关键组件有一套全面的抖动要求。参考设计在这种情况下是有帮助的，因为设计的振荡器已经被审查了。

与供应商提供广泛的振荡器，不同的抖动和成本选择，以及在线工具，以帮助您确定最适合。同样，当有疑问时，从低抖动振荡器开始，然后评估松弛抖动选项作为降低成本的潜在未来路径总是更安全的。

你的频率会改变吗？

许多振荡器的应用只需要一个单一的，固定的频率，如156.25MHz贴片晶振。在其他情况下，由振荡器提供的频率可能需要改变。例如，一个12G-SDI视频帧分器可能需要在297 MHz和297/1.001 MHz的两种不同的视频帧速率之间进行切换。

在其他时候，可能需要有意地添加一个小的频率偏差作为边际测试的一部分，以压力测试系统级的设置和保持时间。也许最常见的是，设计师可能还不知道最终设计将使用哪个频率，但他们知道他们将需要一个振荡器来提供这个参考。

对于这样的应用，理想的解决方案是一个提供多个，预存储频率的振荡器。双振器和四振器可用于这些应用。这些设备的输出频率是可引针选择的，使单个XO可以取代多个振荡器和一个mux。如果应用程序需要整数和时钟和分数钟，选择一个在所有目标频率上提供一致低抖动操作的设备。

另一种有用的振荡器类型是I2C可编程XO。这些设备提供了最大的频率灵活性，提供一致的低抖动操作在一个较宽的频率范围。这些设备可以在飞行中被重新编程，以提供几乎无限数量的频率。

它们在数字PLL架构中使用原型也非常有用，其中主机处理器提供了一个快速的数字反馈机制，允许XO有源晶振锁定和跟踪参考信号。

频率的稳定性有多重要？

频率稳定性是衡量振荡器的输出频率在运行过程中由于温度的变化而潜在变化的程度。如果频率漂移超过了应用程序的预期，则很可能会发生定时错误。频率稳定性以相对于特定温度范围内的标称频率的百万分之一或ppm表示。

振荡器在制造过程中使用以不同角度切割的石英晶体来产生不同的温度响应。常见的XO温度稳定额定值包括±20ppm、±50ppm和±100ppm。较低的ppm意味着输出频率在给定的温度范围内更稳定。

值得注意的是，频率的稳定性只是知道一个振荡器的频率可能会变化多少的一个方面。潜在频率偏差的完整测量称为总稳定性，即是频率对温度的稳定性、在25°C时的初始精度以及在特定时间和温度上的老化的总和。总稳定性，如图3所示，揭示了振荡器在其工作寿命中可能产生的最坏情况下可能的频率。

小体积晶振，XO在温度上可能具有良好的频率稳定性，但这种测量仅相对于它在室温下提供的标称频率。因此，初始精度误差对于一些器件，如锯波振荡器，可能相当大，必须考虑

同样，石英晶体在长时间内缓慢老化，导致输出频率缓慢漂移。一些振荡器供应商指定在25°C下只老化一年，而更保守的供应商指定在较高的温度下老化10年，为长期运行提供了更可靠的保证。

老化条件会对振荡器的总稳定性产生重大影响，有时也会使苹果和苹果之间的比较变得困难。当有疑问时，在更严格的条件下使用有保证规格的定时设备会更安全，以提供更多的设计边际。