Skyworks如何選擇合適的振蕩器？

四個關(guān)鍵問題可以幫助確保您滿足您的設計需求

晶體振蕩器通常是設計師考慮的最后組件之一，但錯誤的部分會很快扼殺一個設計。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令人困惑。在選擇一個石英晶體振蕩器時，你應該問自己四個關(guān)鍵問題。您找到的答案將有助于確保您的設計要求得到滿足。

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值進行共振。它不包含驅(qū)動石英產(chǎn)生時鐘輸出的振蕩器電路。相反，驅(qū)動電路位于晶體所連接的設備內(nèi)部。

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

圖1：一個振蕩器是一個完整的、單輸出的時鐘發(fā)生器。

Skyworks如何選擇合適的振蕩器？

使用芯片外時鐘源是有利的，因為它提供了一個獨立的，孤立的參考時鐘優(yōu)化，以提供低抖動操作與最小的串擾。另一個顯著的好處是，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鐘抖動的影響。

需要什么抖動性能？

定時抖動是測量時鐘信號純度的一種方法。抖動越低，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”，一個干凈和低抖動的輸出是可取的。

抖動在示波器上的時域，例如周期抖動和周期抖動到周期抖動，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XO石英晶體振蕩器在高性能應用程序中是至關(guān)重要的，因為高水平的時鐘抖動會導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，當有疑問時，從一個較低抖動的時鐘源開始以提供更多的抖動邊際總是更安全的

在理想的情況下，應用程序或由振蕩器驅(qū)動的芯片組都將提供最大允許的抖動規(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邊際，以允許來自定時路徑中的緩沖器或更下游的其他芯片的任何附加抖動

另一個需要考慮的問題是，一些XO數(shù)據(jù)表只宣傳了一個“典型的”抖動規(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，硬件設計師不會對系統(tǒng)的所有關(guān)鍵組件有一套全面的抖動要求。參考設計在這種情況下是有幫助的，因為設計的振蕩器已經(jīng)被審查了。

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

你的頻率會改變嗎？

許多振蕩器的應用只需要一個單一的，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行切換。

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

對于這樣的應用，理想的解決方案是一個提供多個，預存儲頻率的振蕩器。雙振器和四振器可用于這些應用。這些設備的輸出頻率是可引針選擇的，使單個XO可以取代多個振蕩器和一個mux。如果應用程序需要整數(shù)和時鐘和分數(shù)鐘，選擇一個在所有目標頻率上提供一致低抖動操作的設備。

另一種有用的振蕩器類型是I2C可編程XO。這些設備提供了最大的頻率靈活性，提供一致的低抖動操作在一個較寬的頻率范圍。這些設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，其中主機處理器提供了一個快速的數(shù)字反饋機制，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用程序的預期，則很可能會發(fā)生定時錯誤。頻率穩(wěn)定性以相對于特定溫度范圍內(nèi)的標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。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)定性只是知道一個振蕩器的頻率可能會變化多少的一個方面。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時的初始精度以及在特定時間和溫度上的老化的總和。總穩(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，可能相當大，必須考慮

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

老化條件會對振蕩器的總穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響，有時也會使蘋果和蘋果之間的比較變得困難。當有疑問時，在更嚴格的條件下使用有保證規(guī)格的定時設備會更安全，以提供更多的設計邊際。