晶體通常呈現規則的幾何形狀,就像有人特意加工出來的一樣.其內部原子的排列十分規整嚴格,比士兵的方陣還要整齊得多.如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離,必能找到一個同樣的原子.而玻璃,珍珠,瀝青,塑料等非晶體,內部原子的排列則是雜亂無章的.準晶體是發現的一類新物質,其內部排列既不同于晶體,也不同于非晶振.
究竟什么樣的物質才能算作晶振呢?首先,除液晶外,晶體一般是固體形態.其次,組成物質的原子,分子或離子具有規律,周期性的排列,這樣的物質就是晶體.
1.1什么是晶體?
晶體(X,XTAL)是一種在固定頻率下振動的無源諧振器.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體集成電路外部時鐘參考.
1.2什么是振蕩器?
振蕩器(XO)由諧振器和振蕩電路組成,是一種能夠產生時鐘信號的有源器件.在不同地區,XO也被稱為OSC或SPXO.XO的常見頻率穩定性(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.通過電壓控制(VC),可以在一個稱為拉動范圍的特定范圍內微調振蕩器輸出.VCXO通常用于電信,寬帶,視頻和儀器儀表的時鐘同步.
基于石英的VCXO的輸出頻率拉動或微調的范圍在±50至±200ppm之間.石英壓控振蕩器的拉動的線性范圍變化通常在5％至10％之間.
MEMS VCXO支持的拉動范圍更是高達±3600ppm,并且拉動范圍的線性偏差降至0.1％(優于石英器件50倍),使同步環路更容易實現.
1.4什么是TCXO?
TCXO是一種溫補振蕩器,屬于有源晶振器件.此類器件通常在整個工作溫度范圍內的頻率穩定度為±0.1ppm至±5ppm.這種器件用于需要精確時鐘參考的應用中,如高性能電信和網絡設備,包括小基站,同步以太網,光傳輸和GNSS模塊等.
1.5什么是OCXO?
OCXO是恒溫振蕩器的縮寫.這種器件具有很高的穩定性,通常優于±50ppb,甚至經常達到±5至±20ppb之間.OCXO將溫度感知和補償電路與晶體封裝到一個受加熱的金屬盒中,創造出一個溫度相對恒定的烘箱來實現高度的穩定性.雙爐OCXO(烘箱內另有一個烘箱)的穩定性可達到<±1ppb級別.
OCXO一般使用復雜的結構,并且功耗較大,低等級OCXO晶體振蕩器功耗為350mW,而雙爐OCXO功耗將達到2.5W.OCXO的性能一致性欠佳,而且容易出現各種故障.
1.6什么是Stratum3?
BellcoreGR-1288定義了五個層級(Stratum),不同性能水平的網絡需要的參考時鐘(同步網絡時鐘)內在精度不同.級數越低,時鐘越準確.
•Stratum1
•Stratum2
•Stratum3
•Stratum4
Stratum3的自由運行穩定性為20年以上的偏差在±4.6ppm之間,24小時以上的持續偏差要求在±0.37ppm范圍內,這兩個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,具有相同的自由運行穩定性,即±4.6ppm,但24小時以上的持續偏差僅為±0.01ppm,是普通Stratum3性能的37倍.作為Stratum3時鐘的主要選項,TCXO已經取代了OCXO,但目前OCXO具有Stratum3E水平的穩定性.
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如10G/40G/100G的以太網中來提供高頻信號(100MHz或以上).相對于單端振蕩器,差分振蕩器利用兩個相位完全相反的信號,消除了共模噪聲,從而產生更高的系統性能.差分振蕩器用在高速系統中,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的最佳完整性和穩定性.
雖然在某些情況下也會用到CML,但是最常用的差分輸出信號類型主要包括LVPECL,LVDS和HCSL.通常,基于石英的差分振蕩器的穩定度在±20ppm至±100ppm之間.MEMS差分振蕩器可以支持的穩定性低至±2.5ppm的,這種器件的優點保證以太網設計時需要的頻率偏移,從而產生最佳的吞吐量.
1.8什么是特種振蕩器?
利用半導體技術,可在上述有源晶振的電路中加入獨特的功能.實例包括:
•SSXO——擴頻振蕩器,采用擴頻技術來降低EMI.
•ISPXO——系統內可程序設計振蕩器,使用I2C/SPI接口在系統內動態做出變更.
•DCXO——數控振蕩器,數字化微調振蕩器的輸出頻率并減少模擬噪聲.
•FSXO——可選頻率振蕩器,允許使用者從幾個已經預程序設計到設備的頻率中進行選擇,以及在系統中動態地進行變更.
1.9為什么SiTime在產品門類名稱中使用"X"(例如TCXO)?
雖然SiTime公司的所有器件都使用了MEMS技術(而不是石英晶振技術),我們仍然決定在上述的縮寫中不用字母"M"來取代"X",這是因為這些產品門類名稱已經在市場上確立了幾十年,并且已經與某些時鐘功能相關聯.由于SiTime器件提供相同或更好的功能,繼續使用同樣的縮寫將不會導致更多的混亂.
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