【導(dǎo)讀】差分晶振是一種有源晶體振蕩器，通過將晶體振蕩器中的振蕩信號(hào)分成兩個(gè)相位相反的輸出信號(hào)，并通過差分放大電路進(jìn)行放大和處理，產(chǎn)生穩(wěn)定的差分輸出信號(hào)。差分晶振具有較好的抗干擾能力，能提供更穩(wěn)定、更精確的時(shí)鐘信號(hào)，廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試測(cè)量、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。
差分晶振是一種有源晶體振蕩器，通過將晶體振蕩器中的振蕩信號(hào)分成兩個(gè)相位相反的輸出信號(hào)，并通過差分放大電路進(jìn)行放大和處理，產(chǎn)生穩(wěn)定的差分輸出信號(hào)。差分晶振具有較好的抗干擾能力，能提供更穩(wěn)定、更精確的時(shí)鐘信號(hào)，廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試測(cè)量、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。
圖1 差分晶振
差分晶振常用輸出模式
1）LVPECL模式
LVPECL (Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic，低電壓正發(fā)射極耦合邏輯）是主要的差分輸出之一。它通過避免晶體管飽和，實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度，并配備恒定電流源驅(qū)動(dòng)器。由于大電壓擺動(dòng)（通常為600-1000mV），LVPECL具有卓越的抖動(dòng)性能，從而輸出低噪聲信號(hào)，適用于PON、顯卡、光模塊、智能網(wǎng)卡等。
圖2 LVPECL模式輸出結(jié)構(gòu)
LVPECL由PECL（Positive Emitter-Coupled Logic，使用5V電源的正發(fā)射極耦合邏輯電路）演變而來(lái)。PECL電路的輸出結(jié)構(gòu)包含一個(gè)差分對(duì)管和一對(duì)射隨器。輸出射隨器在正電源范圍內(nèi)工作，直流電流始終存在，有利于提高開關(guān)速度，保持較快的關(guān)斷時(shí)間。LVPECL的標(biāo)準(zhǔn)輸出是通過50Ω上拉至（VCC-2V）的電平，如圖2所示。
2）LVDS模式
LVDS （Low Voltage Differential Signaling）可同時(shí)提供低功耗和低電磁干擾 (EMI)組合，由于電壓擺幅較?。ㄍǔ?50mV），相比LVPECL差分輸出模式功耗更低，負(fù)載阻抗為100Ω的差分線上的電流一般不超過4mA，使其不易受噪聲影響，在音視頻處理器、服務(wù)器、路由器和交換機(jī)等應(yīng)用中非常重要。
圖3 LVDS模式輸出結(jié)構(gòu)
LVDS是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，它使得信號(hào)能夠在差分PCB 線對(duì)或平衡電纜上以百M(fèi)bps的速率傳輸，其低電壓幅度、低電流驅(qū)動(dòng)輸出使其具備低噪聲、低功耗的特性。LVDS標(biāo)準(zhǔn)輸出負(fù)載為差分形式，阻抗為100Ω，如圖3所示。
3）HCSL模式
HCSL是一種高速差分信號(hào)，通常在較低的電壓水平工作，在90年代末開始用于高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)(PCI Express)參考時(shí)鐘。其特點(diǎn)包括極低的抖動(dòng)和功耗，使得該類晶振廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)內(nèi)部的高速串行通信、時(shí)鐘分配和數(shù)據(jù)通路等對(duì)速度、功耗、性能要求高的場(chǎng)景。
圖4 HCSL模式輸出結(jié)構(gòu)
差分晶振的優(yōu)勢(shì)
差分晶振的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：
1）抗干擾能力高：
差分晶振采用差分方式進(jìn)行信號(hào)生成，在輸入和輸出引腳之間使用差分信號(hào)傳輸，對(duì)環(huán)境中的電磁干擾具有較強(qiáng)的抵抗能力。相對(duì)于單端晶振，差分晶振可通過正負(fù)極性的相互抵消，削弱噪聲干擾對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的影響。
2）時(shí)鐘抖動(dòng)小：
能夠有效減少時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)，提升信號(hào)的穩(wěn)定性和精度，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性。
3）改善時(shí)鐘信號(hào)傳輸質(zhì)量：
可以在時(shí)鐘信號(hào)傳輸過程中提供更高的信號(hào)品質(zhì)，能夠減少共模噪聲的影響，有效降低信號(hào)傳輸?shù)膿p耗和失真，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。
4）增加噪聲容限：
可以增加時(shí)鐘信號(hào)的噪聲容限，提供更大的時(shí)鐘信號(hào)幅度，降低時(shí)鐘信號(hào)的失真和抖動(dòng)，有助于保持信號(hào)的完整性和準(zhǔn)確性。
差分晶振的應(yīng)用
差分晶振憑借其優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：
通信系統(tǒng)：應(yīng)用于無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及傳輸系統(tǒng)，確保時(shí)鐘信號(hào)與頻率參考的穩(wěn)定性，從而提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性與可靠性。
數(shù)據(jù)中心設(shè)備：服務(wù)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等設(shè)備中，差分晶振提供精確的時(shí)鐘同步與數(shù)據(jù)傳輸，保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
汽車電子：為發(fā)動(dòng)機(jī)控制、車載娛樂與導(dǎo)航系統(tǒng)等提供精確的時(shí)鐘與頻率控制，確保汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠。
工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，包括PLC、機(jī)器人及傳感器等，差分晶振提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)與精確的時(shí)間測(cè)量，保證系統(tǒng)的精度與可靠性。
測(cè)試測(cè)量設(shè)備：應(yīng)用于其中的時(shí)鐘、計(jì)數(shù)器、頻率計(jì)等，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。
醫(yī)療設(shè)備：為時(shí)鐘與數(shù)據(jù)采集電路提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的支持，確保醫(yī)療數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。
大普技術(shù)的差分晶振融合自主研發(fā)的先進(jìn)IC與高品質(zhì)晶片，不僅性能指標(biāo)卓越，還依托持續(xù)的創(chuàng)新迭代能力，確保技術(shù)的先進(jìn)性和適用的廣泛性。通過精細(xì)的電源管理和優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)，大普差分晶振在保持高性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了成本的有效控制和供應(yīng)鏈的堅(jiān)固穩(wěn)定，為用戶提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。
圖5 大普技術(shù)差分晶振產(chǎn)品系列
在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的參考時(shí)鐘頻點(diǎn)一般為156.25MHz，其內(nèi)部通過鎖相環(huán)（PLL）將此基頻倍頻，生成與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率匹配的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)對(duì)差分晶振的應(yīng)用提出了小型化、低功耗（不超過100mA）等需求。大普面向市場(chǎng)，提供性能優(yōu)異的解決方案，156.25MHz差分晶振不僅支持3225、2520主流封裝尺寸，而且功耗低至80mA以下，若DSP的電壓擺幅允許，大普還可提供功耗更低的LVDS輸出版本，進(jìn)一步滿足市場(chǎng)對(duì)節(jié)能高效產(chǎn)品的需求。
156.25MHz差分晶振在光模塊中的應(yīng)用
以全面的頻率覆蓋、多樣的輸出選項(xiàng)、卓越的溫控穩(wěn)定性、低功耗特性和超低抖動(dòng)表現(xiàn)，大普差分晶振展現(xiàn)出在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的高度靈活性和可靠性，廣泛應(yīng)用于SONET/SDH、千兆以太網(wǎng)、串行ATA、PCI-Express、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、光纖通道、工業(yè)控制器、測(cè)試與測(cè)量、光纖通道和通信等領(lǐng)域。隨著AI算力等技術(shù)的不斷進(jìn)步，大普差分晶振將在更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用，助力人工智能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。
大普技術(shù)在時(shí)頻領(lǐng)域深耕細(xì)作近二十年，已搭建覆蓋全等級(jí)高穩(wěn)時(shí)鐘（Crystal、SPXO、TCXO、OCXO、Clock Module、Timing Server）、多品種時(shí)鐘芯片的全時(shí)鐘產(chǎn)品鏈（RTC、BUFFER、1588、All-Silicon OSC等芯片），能夠提供一站式時(shí)鐘解決方案。大普產(chǎn)品從研發(fā)、生產(chǎn)、終測(cè)到交付，全程實(shí)現(xiàn)自主控制，是全球少數(shù)具備規(guī)模化提供高穩(wěn)時(shí)鐘產(chǎn)品與整體時(shí)鐘解決方案能力的廠商之一。
未來(lái)，大普技術(shù)將繼續(xù)深化技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)時(shí)鐘產(chǎn)品智能化，緊隨人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等科技浪潮，以精準(zhǔn)、高效時(shí)鐘解決方案賦能各行各業(yè)，共筑穩(wěn)定可靠的未來(lái)世界，為用戶創(chuàng)造更大價(jià)值！
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