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來源：http://www.tj-tzhy.cn 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(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在工廠進行編程,也可以由主要發(fā)行商進行編程,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)為單位進行測量.典型電源電流是在沒有負載的情況下測量的.
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℃
擴展商業(yè)版:-20℃~70℃
工業(yè),汽車3級:-40℃~85℃
工業(yè)擴展級汽車級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)為單位進行測量.典型電源電流是在沒有負載的情況下測量的.
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℃
擴展商業(yè)版:-20℃~70℃
工業(yè),汽車3級:-40℃~85℃
工業(yè)擴展級汽車級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,哈達瑪方差,保持和回掃.
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