選擇合適的
振蕩器通常需要權(quán)衡多個(gè)因素。本文將簡(jiǎn)單闡述影響振蕩器最關(guān)鍵的八大參數(shù)。
選擇電子元件時(shí),你首先考慮的是什么?很有可能是處理器或系統(tǒng)的其它核心元件。定時(shí)器件可能是浮現(xiàn)在你腦海中的最后一樣?xùn)|西,盡管時(shí)鐘信號(hào)是系統(tǒng)中所有信號(hào)賴(lài)以存在的“心跳”。
為應(yīng)用選擇正確工作頻率的定時(shí)器件可能看起來(lái)很簡(jiǎn)單,不過(guò)仍然有許多影響系統(tǒng)性能的因素需要考慮。那么,最重要的參數(shù)和注意事項(xiàng)是什么?下文將對(duì)振蕩器的主要參數(shù)及其重要性做簡(jiǎn)要概述。
1. 頻率
振蕩器的最基本參數(shù)是頻率,即振蕩器輸出信號(hào)的重復(fù)率(周期)。頻率以赫茲(Hz)為單位,即每秒所包含的周期數(shù)。目前,SiTime的振蕩器可為低功耗器件提供低至1Hz的頻率,同時(shí)也支持高至725MHz的器件。SiTime振蕩器的頻率可在其頻率范圍內(nèi)進(jìn)行編程,精確到小數(shù)點(diǎn)后六位。
2. 頻率穩(wěn)定性
頻率穩(wěn)定性是振蕩器的基本性能指標(biāo)之一,參考額定輸出頻率通常以百萬(wàn)分率(parts per million,ppm)或十億分率(parts per billion,ppb)計(jì)。它表示外部條件導(dǎo)致的輸出頻率與理想值的偏差。因此,穩(wěn)定性數(shù)值越小,性能越好。
不同振蕩器類(lèi)別,影響頻率穩(wěn)定性的外部條件可能不同,但通常包括溫度變化以及在25°C時(shí)測(cè)量的初始補(bǔ)償。同時(shí)還可能包括隨時(shí)間變化的頻率老化、頻率偏移、電源電壓變化和輸出負(fù)載變化等電氣條件。
3. 抖動(dòng)和相位噪聲
相位噪聲及在時(shí)域下測(cè)量的抖動(dòng)的重要度,通常被認(rèn)為是繼振蕩器頻率穩(wěn)定性之后的性能指標(biāo)。相位噪聲和抖動(dòng)與系統(tǒng)性能直接相關(guān),會(huì)影響串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的誤碼率(bit-error-ratio,BER)等參數(shù)。相位噪聲和抖動(dòng)是量化時(shí)鐘信號(hào)噪聲的兩種方法。相位噪聲用來(lái)測(cè)量頻域內(nèi)的時(shí)鐘噪聲;抖動(dòng)則是用來(lái)測(cè)量時(shí)域內(nèi)噪聲對(duì)時(shí)鐘的影響。
由于抖動(dòng)和相位噪聲是影響系統(tǒng)時(shí)序誤差的主要因素,因此在評(píng)估總時(shí)序預(yù)算時(shí),需充分考慮時(shí)鐘噪聲。這并不是一件簡(jiǎn)單的事情。并非所有振蕩器廠(chǎng)商都會(huì)以相同的方式指定抖動(dòng)。抖動(dòng)要求因應(yīng)用而異,頻域內(nèi)測(cè)量的集成相位抖動(dòng)分別有不同類(lèi)型的抖動(dòng)和不同的集成范圍。
4. 輸出信號(hào)格式
芯片組供應(yīng)商可以為定時(shí)芯片指定所需的輸出信號(hào)模式。輸出類(lèi)型分為兩類(lèi):?jiǎn)味嘶虿罘?。單端振蕩器成本較低,易于實(shí)現(xiàn),但也有局限性。例如它們對(duì)電路板噪聲比較敏感,因此通常更適合166MHz以下的頻率。LVCMOS(Low-voltage CMOS)是最常見(jiàn)的單端輸出類(lèi)型,可以軌到軌擺動(dòng)。
差分信號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)則是一種更昂貴的選擇,但其性能更好,是高頻應(yīng)用的首選。由于差分走線(xiàn)常見(jiàn)的所有噪聲都將被消除,因此此模式對(duì)外部噪聲不那么敏感,會(huì)產(chǎn)生較低的抖動(dòng)和電磁干擾(EMI)。最常用的差分信號(hào)類(lèi)型包括LVPECL、LVDS和HCSL。
5. 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電源。電源電壓通過(guò)VDD引腳為振蕩器供電,因此有時(shí)也被稱(chēng)為VDD。單端振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)電壓包括1.8V、2.5V和3.3V。現(xiàn)代差分振蕩器的電壓通常介于2.5V和3.3V之間。
6. 電源電流
電源電流是指振蕩器的最大工作電流,以微安(μA)或毫安(mA)為單位,在最大電壓或標(biāo)稱(chēng)電壓下進(jìn)行測(cè)量。典型電源電流是在沒(méi)有負(fù)載的情況下測(cè)量的。
7. 工作溫度范圍
工作溫度范圍規(guī)定了器件預(yù)期工作的環(huán)境溫度,需符合數(shù)據(jù)規(guī)格。常見(jiàn)的溫度范圍是: - 商業(yè)級(jí)、車(chē)規(guī)級(jí)4級(jí):0至+70°C - 商業(yè)擴(kuò)展級(jí):-20至+70°C - 工業(yè)級(jí)、車(chē)規(guī)級(jí)3級(jí):-40至+85°C - 工業(yè)擴(kuò)展級(jí),車(chē)規(guī)級(jí)2級(jí):-40至+105°C - 車(chē)規(guī)級(jí)1級(jí):-40至+125°C - 軍工級(jí):-55至125°C - 車(chē)規(guī)級(jí)0級(jí):-40至150°C
8. 封裝
振蕩器通常采用金屬、陶瓷或塑料封裝技術(shù),采用多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝尺寸。焊盤(pán)(引腳)的排列可能因供應(yīng)商而異,但x-y的整體尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的。通常有四個(gè)引腳的單端振蕩器的常見(jiàn)封裝尺寸包括: - 2016:2.0 x 1.6 mm - 2520:2.5 x 2.0 mm - 3225:3.2 x 2.5 mm - 5032:5.0 x 3.2 mm - 7050:7.0 x 5.0 mm
差分振蕩器有六個(gè)引腳,通常采用較大的3225、5032和7050封裝尺寸。
一些專(zhuān)用振蕩器,如恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO),采用的封裝尺寸要大得多。通常為25.4 x 25.4mm,范圍從9.7 x 7.5mm到135 x 72mm。
振蕩器的封裝類(lèi)型豐富
其它參數(shù)
本文中所列出的八項(xiàng)參數(shù)是設(shè)計(jì)人員在選擇振蕩器時(shí)最常用的規(guī)格參數(shù)。但是根據(jù)應(yīng)用的不同,有時(shí)還需考慮許多其它參數(shù)和功能。這些參數(shù)包括降低EMI特性、頻率微調(diào)的拉動(dòng)范圍、啟動(dòng)時(shí)間和質(zhì)量/可靠性等。
對(duì)于高性能應(yīng)用,除了保證基本的頻率穩(wěn)定性之外,還應(yīng)考慮其它額外的穩(wěn)定性相關(guān)規(guī)格要求。比如老化、頻率與溫度的斜率(ΔF/ΔT)、熱滯后、阿倫方差(Allan deviation)、哈達(dá)瑪方差(Hadamard Variance)、保持特性(holdover)和重現(xiàn)性(retrace)等。