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來源：http://www.mrncp.com 作者：康華爾電子 2020年06月22
深入探討有源晶振8個基礎(chǔ)參數(shù)詞匯
選擇電子元件時,您首先想到的是什么?可能是處理器或系統(tǒng)中其他重要內(nèi)容.即使時鐘提供了系統(tǒng)中所有信號所依賴的心跳信號,定時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組件似乎是一個簡單的過程,但是要考慮許多因素,這些因素會影響系統(tǒng)性能.那么最重要的規(guī)格和注意事項是什么?這里是最重要的有源晶振參數(shù)及其重要性的簡短列表.當(dāng)然,還有更多細(xì)節(jié)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(shù)是頻率.它是從振蕩器輸出的信號的重復(fù)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(dá)725MHz.SiTime振蕩器的頻率可在此范圍內(nèi)編程,精度為6位小數(shù).使用自定義頻率可以優(yōu)化系統(tǒng)性能.頻率可以由SiTime在工廠進(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實驗室中針對較小的體積進(jìn)行編程.
頻率穩(wěn)定度:
頻率穩(wěn)定性是振蕩器的基本性能指標(biāo).它通常以百萬分之一(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(dǎo)致的輸出頻率偏差;因此,較小的穩(wěn)定性數(shù)意味著更好的性能.對于不同的振蕩器類別,外部條件的定義可能有所不同,但通常包括溫度變化和25℃時的初始偏移.它可能還包括隨時間變化的頻率老化,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(fù)載變化.
輸出信號格式:
芯片組供應(yīng)商可能會為定時芯片指定所需的輸出信號模式,否則系統(tǒng)設(shè)計人員可能會有一些余地.輸出類型分為兩類:單端或差分.單端振蕩器成本較低,易于實現(xiàn),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是最常見的單端輸出類型,可在軌到軌之間擺動.SiTime還提供類似于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,但它可以實現(xiàn)更好的性能,并且對于更高頻率的應(yīng)用而言是首選.由于兩條差分跡線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,并且會產(chǎn)生較低水平的抖動和EMI.最常用的差分晶振信號類型是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VDD引腳為振蕩器供電,有時也稱為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(wěn)壓電源應(yīng)用,例如紐扣電池或超級電容備用電池.大多數(shù)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(zhuǎn)換器或穩(wěn)壓器之類的外部組件的需求.
電源電流:
電源電流是振蕩器的最大工作電流.它在最大(有時是標(biāo)稱)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有負(fù)載的情況下測量的.
工作溫度:
工作溫度范圍是在數(shù)據(jù)手冊中指定所有振蕩器參數(shù)的溫度范圍.常見溫度范圍如下.
商業(yè),汽車4級:0℃~70℃
擴(kuò)展商業(yè)版:-20℃~70℃
工業(yè),汽車3級:-40℃~85℃
工業(yè)擴(kuò)展級汽車級2:-40℃~105℃
汽車級1:-40℃~125℃
軍用:-55℃~125℃
汽車級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(biāo)準(zhǔn)的包裝尺寸.墊(引腳)的布置可能因供應(yīng)商而異,但總體xy尺寸已標(biāo)準(zhǔn)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個引腳.具有6個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(biāo)準(zhǔn)的包裝尺寸,SiTime還提供了一些獨特的包裝來解決困難的設(shè)計挑戰(zhàn).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)行外觀檢查的應(yīng)用.
抖動:
抖動是一個重要參數(shù),尤其是對于數(shù)字通信應(yīng)用.它是與理想時鐘信號的短期偏差,單位為皮秒(ps)或納秒(ns).由于抖動可能是導(dǎo)致系統(tǒng)時序誤差的主要因素之一,因此在評估總時序預(yù)算時,考慮振蕩器抖動至關(guān)重要.這不一定是一件簡單的事情.振蕩器制造商并非都以相同的方式指定抖動.抖動要求因應(yīng)用而異,并且存在多種抖動類型,并且積分相位抖動的積分范圍不同,這些積分抖動是在頻域中測量的.為幫助解決這一問題,我們的詞匯表中包含了周期間抖動(C2C)的定義,集成的相位抖動(IPJ),長期抖動,周期抖動和相位噪聲.我們的時鐘抖動定義和測量方法應(yīng)用筆記提供了更多信息.
其他參數(shù):
上面列出的八個參數(shù)是選擇振蕩器時最常用的因素.但是根據(jù)應(yīng)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(diào)頻率,啟動時間和質(zhì)量/可靠性(Q,DPPM,MTBF,FIT速率)的拉范圍選項.對于高性能應(yīng)用,除了基本頻率穩(wěn)定性外,還有許多其他與穩(wěn)定性相關(guān)的規(guī)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(dá)瑪方差,保持和回掃.
深入探討有源晶振8個基礎(chǔ)參數(shù)詞匯
選擇電子元件時,您首先想到的是什么?可能是處理器或系統(tǒng)中其他重要內(nèi)容.即使時鐘提供了系統(tǒng)中所有信號所依賴的心跳信號,定時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組件似乎是一個簡單的過程,但是要考慮許多因素,這些因素會影響系統(tǒng)性能.那么最重要的規(guī)格和注意事項是什么?這里是最重要的有源晶振參數(shù)及其重要性的簡短列表.當(dāng)然,還有更多細(xì)節(jié)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.
頻率穩(wěn)定度:
頻率穩(wěn)定性是振蕩器的基本性能指標(biāo).它通常以百萬分之一(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(dǎo)致的輸出頻率偏差;因此,較小的穩(wěn)定性數(shù)意味著更好的性能.對于不同的振蕩器類別,外部條件的定義可能有所不同,但通常包括溫度變化和25℃時的初始偏移.它可能還包括隨時間變化的頻率老化,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(fù)載變化.
輸出信號格式:
芯片組供應(yīng)商可能會為定時芯片指定所需的輸出信號模式,否則系統(tǒng)設(shè)計人員可能會有一些余地.輸出類型分為兩類:單端或差分.單端振蕩器成本較低,易于實現(xiàn),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是最常見的單端輸出類型,可在軌到軌之間擺動.SiTime還提供類似于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,但它可以實現(xiàn)更好的性能,并且對于更高頻率的應(yīng)用而言是首選.由于兩條差分跡線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,并且會產(chǎn)生較低水平的抖動和EMI.最常用的差分晶振信號類型是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VDD引腳為振蕩器供電,有時也稱為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(wěn)壓電源應(yīng)用,例如紐扣電池或超級電容備用電池.大多數(shù)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(zhuǎn)換器或穩(wěn)壓器之類的外部組件的需求.
電源電流:
電源電流是振蕩器的最大工作電流.它在最大(有時是標(biāo)稱)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有負(fù)載的情況下測量的.
工作溫度:
工作溫度范圍是在數(shù)據(jù)手冊中指定所有振蕩器參數(shù)的溫度范圍.常見溫度范圍如下.
商業(yè),汽車4級:0℃~70℃
擴(kuò)展商業(yè)版:-20℃~70℃
工業(yè),汽車3級:-40℃~85℃
工業(yè)擴(kuò)展級汽車級2:-40℃~105℃
汽車級1:-40℃~125℃
軍用:-55℃~125℃
汽車級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(biāo)準(zhǔn)的包裝尺寸.墊(引腳)的布置可能因供應(yīng)商而異,但總體xy尺寸已標(biāo)準(zhǔn)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個引腳.具有6個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.
抖動:
抖動是一個重要參數(shù),尤其是對于數(shù)字通信應(yīng)用.它是與理想時鐘信號的短期偏差,單位為皮秒(ps)或納秒(ns).由于抖動可能是導(dǎo)致系統(tǒng)時序誤差的主要因素之一,因此在評估總時序預(yù)算時,考慮振蕩器抖動至關(guān)重要.這不一定是一件簡單的事情.振蕩器制造商并非都以相同的方式指定抖動.抖動要求因應(yīng)用而異,并且存在多種抖動類型,并且積分相位抖動的積分范圍不同,這些積分抖動是在頻域中測量的.為幫助解決這一問題,我們的詞匯表中包含了周期間抖動(C2C)的定義,集成的相位抖動(IPJ),長期抖動,周期抖動和相位噪聲.我們的時鐘抖動定義和測量方法應(yīng)用筆記提供了更多信息.
其他參數(shù):
上面列出的八個參數(shù)是選擇振蕩器時最常用的因素.但是根據(jù)應(yīng)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(diào)頻率,啟動時間和質(zhì)量/可靠性(Q,DPPM,MTBF,FIT速率)的拉范圍選項.對于高性能應(yīng)用,除了基本頻率穩(wěn)定性外,還有許多其他與穩(wěn)定性相關(guān)的規(guī)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(dá)瑪方差,保持和回掃.
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