晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀,就像有人特意加工出來(lái)的一樣.其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格,比士兵的方陣還要整齊得多.如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離,必能找到一個(gè)同樣的原子.而玻璃,珍珠,瀝青,塑料等非晶體,內(nèi)部原子的排列則是雜亂無(wú)章的.準(zhǔn)晶體是發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)新物質(zhì),其內(nèi)部排列既不同于晶體,也不同于非晶振.

究竟什么樣的物質(zhì)才能算作晶振呢?首先,除液晶外,晶體一般是固體形態(tài).其次,組成物質(zhì)的原子,分子或離子具有規(guī)律,周期性的排列,這樣的物質(zhì)就是晶體.

1.1什么是晶體?

晶體(X,XTAL)是一種在固定頻率下振動(dòng)的無(wú)源諧振器.可以是石英晶體或基于MEMS形式.這些器件用于集成振蕩器電路的半導(dǎo)體集成電路外部時(shí)鐘參考.

1.2什么是振蕩器?

振蕩器(XO)由諧振器和振蕩電路組成,是一種能夠產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的有源器件.在不同地區(qū),XO也被稱(chēng)為OSC或SPXO.XO的常見(jiàn)頻率穩(wěn)定性(隨溫度頻率變化)在±10至±100ppm之間.

1.3什么是VCXO?

VCXO是一種壓控晶體振蕩器,屬于有源器件.通過(guò)電壓控制(VC),可以在一個(gè)稱(chēng)為拉動(dòng)范圍的特定范圍內(nèi)微調(diào)振蕩器輸出.VCXO通常用于電信,寬帶,視頻和儀器儀表的時(shí)鐘同步.

基于石英的VCXO的輸出頻率拉動(dòng)或微調(diào)的范圍在±50至±200ppm之間.石英壓控振蕩器的拉動(dòng)的線性范圍變化通常在5％至10％之間.

MEMS VCXO支持的拉動(dòng)范圍更是高達(dá)±3600ppm,并且拉動(dòng)范圍的線性偏差降至0.1％(優(yōu)于石英器件50倍),使同步環(huán)路更容易實(shí)現(xiàn).

1.4什么是TCXO?

TCXO是一種溫補(bǔ)振蕩器,屬于有源晶振器件.此類(lèi)器件通常在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度為±0.1ppm至±5ppm.這種器件用于需要精確時(shí)鐘參考的應(yīng)用中,如高性能電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,包括小基站,同步以太網(wǎng),光傳輸和GNSS模塊等.

1.5什么是OCXO?

OCXO是恒溫振蕩器的縮寫(xiě).這種器件具有很高的穩(wěn)定性,通常優(yōu)于±50ppb,甚至經(jīng)常達(dá)到±5至±20ppb之間.OCXO將溫度感知和補(bǔ)償電路與晶體封裝到一個(gè)受加熱的金屬盒中,創(chuàng)造出一個(gè)溫度相對(duì)恒定的烘箱來(lái)實(shí)現(xiàn)高度的穩(wěn)定性.雙爐OCXO(烘箱內(nèi)另有一個(gè)烘箱)的穩(wěn)定性可達(dá)到<±1ppb級(jí)別.

OCXO一般使用復(fù)雜的結(jié)構(gòu),并且功耗較大,低等級(jí)OCXO晶體振蕩器功耗為350mW,而雙爐OCXO功耗將達(dá)到2.5W.OCXO的性能一致性欠佳,而且容易出現(xiàn)各種故障.

1.6什么是Stratum3?

BellcoreGR-1288定義了五個(gè)層級(jí)(Stratum),不同性能水平的網(wǎng)絡(luò)需要的參考時(shí)鐘(同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘)內(nèi)在精度不同.級(jí)數(shù)越低,時(shí)鐘越準(zhǔn)確.

•Stratum1

•Stratum2

•Stratum3

•Stratum4

Stratum3的自由運(yùn)行穩(wěn)定性為20年以上的偏差在±4.6ppm之間,24小時(shí)以上的持續(xù)偏差要求在±0.37ppm范圍內(nèi),這兩個(gè)要求包括在所有條件下的頻率誤差.Stratum3E是Stratum3更加精確的版本,具有相同的自由運(yùn)行穩(wěn)定性,即±4.6ppm,但24小時(shí)以上的持續(xù)偏差僅為±0.01ppm,是普通Stratum3性能的37倍.作為Stratum3時(shí)鐘的主要選項(xiàng),TCXO已經(jīng)取代了OCXO,但目前OCXO具有Stratum3E水平的穩(wěn)定性.

1.7什么是差分晶體振蕩器?

差分振蕩器通常用于高性能系統(tǒng)如10G/40G/100G的以太網(wǎng)中來(lái)提供高頻信號(hào)(100MHz或以上).相對(duì)于單端振蕩器,差分振蕩器利用兩個(gè)相位完全相反的信號(hào),消除了共模噪聲,從而產(chǎn)生更高的系統(tǒng)性能.差分振蕩器用在高速系統(tǒng)中,以確保在具有電源噪聲和其它噪聲源的情況下能夠獲得信號(hào)的最佳完整性和穩(wěn)定性.

雖然在某些情況下也會(huì)用到CML,但是最常用的差分輸出信號(hào)類(lèi)型主要包括LVPECL,LVDS和HCSL.通常,基于石英的差分振蕩器的穩(wěn)定度在±20ppm至±100ppm之間.MEMS差分振蕩器可以支持的穩(wěn)定性低至±2.5ppm的,這種器件的優(yōu)點(diǎn)保證以太網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需要的頻率偏移,從而產(chǎn)生最佳的吞吐量.

1.8什么是特種振蕩器?

利用半導(dǎo)體技術(shù),可在上述有源晶振的電路中加入獨(dú)特的功能.實(shí)例包括:

•SSXO——擴(kuò)頻振蕩器,采用擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)降低EMI.

•ISPXO——系統(tǒng)內(nèi)可程序設(shè)計(jì)振蕩器,使用I2C/SPI接口在系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)態(tài)做出變更.

•DCXO——數(shù)控振蕩器,數(shù)字化微調(diào)振蕩器的輸出頻率并減少模擬噪聲.

•FSXO——可選頻率振蕩器,允許使用者從幾個(gè)已經(jīng)預(yù)程序設(shè)計(jì)到設(shè)備的頻率中進(jìn)行選擇,以及在系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)地進(jìn)行變更.

1.9為什么SiTime在產(chǎn)品門(mén)類(lèi)名稱(chēng)中使用"X"(例如TCXO)?

雖然SiTime公司的所有器件都使用了MEMS技術(shù)(而不是石英晶振技術(shù)),我們?nèi)匀粵Q定在上述的縮寫(xiě)中不用字母"M"來(lái)取代"X",這是因?yàn)檫@些產(chǎn)品門(mén)類(lèi)名稱(chēng)已經(jīng)在市場(chǎng)上確立了幾十年,并且已經(jīng)與某些時(shí)鐘功能相關(guān)聯(lián).由于SiTime器件提供相同或更好的功能,繼續(xù)使用同樣的縮寫(xiě)將不會(huì)導(dǎo)致更多的混亂.

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