提供稳定时钟同步的低抖动差分晶振

电子发烧友网报道（文/李宁远）晶振，是电子设备中的关键器件，电子设备各个模块想要同步工作需要晶振提供的稳定时钟信号。除了提供稳定的时钟信号，晶振在生成各种频率的信号以及在控制设备的运行中都发挥着重要的作用。
 
目前应用最广的石英晶振，其实是利用了晶体的压电效应，晶体的两个电极间被施加电压时，会由于逆压电效应产生机械振动；反之当晶体受到机械振动时，又会在其两端产生电压，这是正压电效应。当外部交变电信号的频率与晶体的自然谐振频率相匹配时，晶体就会产生强烈的机械振动，并输出稳定的交流电信号，这个频率通常是精确且稳定的。
 
石英晶振的稳定时钟
 
石英晶体振荡器已经主导了电子设备时间参考应用很久很久，这些晶体振荡器覆盖了从低端（实时时钟）到高端（复杂无线电、GPS和军用/航空）每一个应用。基于石英晶体的压电效应制造的晶振，比陶瓷晶振在精度和稳定性上强出一大截。
 
晶振有着有源无源之分，无源晶振仅包含石英晶体单元，没有振荡电路，需配合外部电路才能产生振荡信号，有源晶振内置振荡电路，可以直接输出稳定的时钟信号。
 
一些普通的无源晶振，低频KHz的主要应用于移动终端、小型电子产品、钟表等时钟信号应用上比较常见。高频MHz的主要应用于网络设备、汽车电子、智能家居、智能穿戴、智能医疗等新型应用。
 
有源晶振的类型很多，有两种不同的方式集成，每种方法都有各自的优缺点。第一种方法是常规的将晶体谐振器与振荡电路相结合，即SPXO，并简单地添加输出驱动器来支持不同的输出类型，这种办法很简单，但能支持的频率极其有限，频率支持完全依赖于所使用的石英晶体。
 
另一种晶体集成的方法，是基于PLL，其VCO工作频率更高。在频率的支持上这种方法更全面，但也需要更多的核心模块。
 
低抖动的差分晶振
 
对所有时钟应用的晶振来说，低抖动都是其核心性能。更低的时钟信号的抖动，对于提升信号的稳定性和精度至关重要，时钟系统的稳定性也建立在此基础上。
 
现在的数据中心应用、汽车电子应用以及工业自动化应用都需要晶振能够提供可靠的抗干扰能力以及更稳定、更精确的时钟信号。差分晶振在这些应用中受到了青睐，引领了高度传输应用场景的晶振应用趋势。
 
差分晶振是有源晶振的一种，也很好理解，就是输出是差分信号的晶振。它通过使用相位彼此完全相反的信号，并通过差分放大电路进行放大和处理，从而消除了共模噪声，实现更高性能。
 
不同的差分信号输出类型有不同的特点，常用的像低电压正发射极耦合逻辑输出模式有着很快的开关切换速度，低抖动也赋予了该模式较低的噪声输出。
 
LVDS，低电压差分信号，很有代表性的低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的差分信号技术。差分晶振选择这种输出模式能够受益于LVDS的低功耗、低误码率、低串扰和低辐射特性。该技术本身可能在高速信号中出现阻抗不连续。
 
还有一种输出模式是高速电流转向逻辑输出，主要应用在PCIE上，在高速串行通信应用中能提供最适配的晶振性能。
 
目前，这些差分晶振，能为数据中心提供精确的时钟同步与数据传输，为汽车电子控制与导航系统等提供精确的时钟与频率控制，为PLC、机器人等工业应用提供稳定的时钟信号与精确的时间测量。
 
小结
 
在数据速率、可靠性要求不断攀升的需求下，晶振需要在灵活性、尺寸、成本以及抖动性能上的满足各种要求。基于差分技术的晶振，为这些新需求提供了不少助力。