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深入探討有源晶振8個(gè)基礎參數詞匯

來(lái)源:http://konuaer.com 作者:康華爾電子 2020年06月22
深入探討有源晶振8個(gè)基礎參數詞匯
  選擇電子元件時(shí),您首先想到的是什么?可能是處理器或系統中其他重要內容.即使時(shí)鐘提供了系統中所有信號所依賴(lài)的心跳信號,定時(shí)組件也可能是您最后想到的事情.選擇這些必不可少的定時(shí)組件似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程,但是要考慮許多因素,這些因素會(huì )影響系統性能.那么最重要的規格和注意事項是什么?這里是最重要的有源晶振參數及其重要性的簡(jiǎn)短列表.當然,還有更多細節需要考慮,因此我們創(chuàng )建了深入的詞匯表,涵蓋了更廣泛的振蕩器特性.
 
  任何振蕩器的最基本參數是頻率.它是從振蕩器輸出的信號的重復率(周期),以每秒的赫茲(Hz)為單位進(jìn)行測量.SITIME晶振可用于低功率器件,頻率低至1Hz,最高可達725MHz.SiTime振蕩器的頻率可在此范圍內編程,精度為6位小數.使用自定義頻率可以?xún)?yōu)化系統性能.頻率可以由SiTime在工廠(chǎng)進(jìn)行編程,也可以由主要發(fā)行商進(jìn)行編程,也可以使用振蕩器編程器在客戶(hù)實(shí)驗室中針對較小的體積進(jìn)行編程.
頻率穩定度:
  頻率穩定性是振蕩器的基本性能指標.它通常以百萬(wàn)分之一(ppm)或十億分之一(ppb)的形式表示,參考額定輸出頻率.它表示由于外部條件導致的輸出頻率偏差;因此,較小的穩定性數意味著(zhù)更好的性能.對于不同的振蕩器類(lèi)別,外部條件的定義可能有所不同,但通常包括溫度變化和25℃時(shí)的初始偏移.它可能還包括隨時(shí)間變化的頻率老化,焊錫下降的頻移,還可能包括電氣條件,例如電源電壓變化和輸出負載變化.
輸出信號格式:
  芯片組供應商可能會(huì )為定時(shí)芯片指定所需的輸出信號模式,否則系統設計人員可能會(huì )有一些余地.輸出類(lèi)型分為兩類(lèi):單端或差分.單端振蕩器成本較低,易于實(shí)現,但存在局限性.它們對電路板噪聲有些敏感,因此通常更適合于166MHz以下的頻率.LVCMOS是最常見(jiàn)的單端輸出類(lèi)型,可在軌到軌之間擺動(dòng).SiTime還提供類(lèi)似于LVCMOS的Nano Drive™輸出,但可編程輸出擺幅低至200mV,以匹配下游芯片的輸入要求,并將功耗降至最低.
  差分信令是一種更昂貴的選擇,但它可以實(shí)現更好的性能,并且對于更高頻率的應用而言是首選.由于兩條差分跡線(xiàn)共有的任何噪聲都將被清零,因此該模式對外部噪聲不太敏感,并且會(huì )產(chǎn)生較低水平的抖動(dòng)和EMI.最常用的差分晶振信號類(lèi)型是LVPECL,LVDS和HCSL.
電源電壓:
  電源電壓(以伏特(V)為單位)是操作振蕩器所需的輸入功率.電源電壓通過(guò)VDD引腳為振蕩器供電,有時(shí)也稱(chēng)為VDD.單端振蕩器的標準電壓包括1.8V,2.5V和3.3V.現代差分振蕩器的電壓通常在2.5~3.3V之間.SiTime提供的振蕩器工作電壓低至1.2V,可用于穩壓電源應用,例如紐扣電池或超級電容備用電池.大多數SiTime振蕩器系列的電源電壓都是可編程的,從而減少了對諸如電平轉換器或穩壓器之類(lèi)的外部組件的需求.
電源電流:
  電源電流是振蕩器的最大工作電流.它在最大(有時(shí)是標稱(chēng))電源電壓下以微安(µA)或毫安(mA)為單位進(jìn)行測量.典型電源電流是在沒(méi)有負載的情況下測量的.
工作溫度:
  工作溫度范圍是在數據手冊中指定所有振蕩器參數的溫度范圍.常見(jiàn)溫度范圍如下.
  商業(yè),汽車(chē)4級:0℃~70℃
  擴展商業(yè)版:-20℃~70℃
  工業(yè),汽車(chē)3級:-40℃~85℃
  工業(yè)擴展級汽車(chē)級2:-40℃~105℃
  汽車(chē)級1:-40℃~125℃
  軍用:-55℃~125℃
  汽車(chē)級0:-40℃~150℃
配套:
  振蕩器通常裝在金屬,陶瓷或塑料包裝中.它們具有各種行業(yè)標準的包裝尺寸.墊(引腳)的布置可能因供應商而異,但總體xy尺寸已標準化.這是單端振蕩器的常用石英晶體振蕩器封裝尺寸列表,通常有4個(gè)引腳.具有6個(gè)引腳的差分振蕩器通常以較大的封裝提供:3225、5032和7050.
  2016:2.0x1.6mm
  2520:2.5x2.0mm
  3225:3.2x2.5mm
  5032:5.0x3.2mm
  7050:7.0x5.0mm
  某些專(zhuān)用振蕩器,例如OCXO晶振,都裝在體積較大的封裝中,通常尺寸為25.4x25.4mm,但范圍從9.7x7.5mm至135x72mm.
 
  除了這些標準的包裝尺寸,SiTime還提供了一些獨特的包裝來(lái)解決困難的設計挑戰.一種是纖巧的1508(1.5mmx0.8mm)芯片級封裝(CSP),這是目前可用的最小振蕩器封裝.另一種選擇是帶引線(xiàn)的SOT23-5封裝,用于需要更高電路板級可靠性和更容易在電路板組裝期間進(jìn)行外觀(guān)檢查的應用.
抖動(dòng):
  抖動(dòng)是一個(gè)重要參數,尤其是對于數字通信應用.它是與理想時(shí)鐘信號的短期偏差,單位為皮秒(ps)或納秒(ns).由于抖動(dòng)可能是導致系統時(shí)序誤差的主要因素之一,因此在評估總時(shí)序預算時(shí),考慮振蕩器抖動(dòng)至關(guān)重要.這不一定是一件簡(jiǎn)單的事情.振蕩器制造商并非都以相同的方式指定抖動(dòng).抖動(dòng)要求因應用而異,并且存在多種抖動(dòng)類(lèi)型,并且積分相位抖動(dòng)的積分范圍不同,這些積分抖動(dòng)是在頻域中測量的.為幫助解決這一問(wèn)題,我們的詞匯表中包含了周期間抖動(dòng)(C2C)的定義,集成的相位抖動(dòng)(IPJ),長(cháng)期抖動(dòng),周期抖動(dòng)和相位噪聲.我們的時(shí)鐘抖動(dòng)定義和測量方法應用筆記提供了更多信息.
其他參數:
  上面列出的八個(gè)參數是選擇振蕩器時(shí)最常用的因素.但是根據應用程序的不同,SiTime可編程振蕩器可能還有許多重要的特征需要考慮.這些功能包括EMI降低功能,用于微調頻率,啟動(dòng)時(shí)間和質(zhì)量/可靠性(Q,DPPM,MTBF,FIT速率)的拉范圍選項.對于高性能應用,除了基本頻率穩定性外,還有許多其他與穩定性相關(guān)的規格需要考慮.其中包括老化,頻率與溫度的斜率(ΔF/ΔT),熱滯后,艾倫偏差,哈達瑪方差,保持和回掃.
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