亿金技术支持:Oscillator输出类型指南
来源：http://www.hneyq.com 作者：亿金电子 2020年07月14
Oscillator输出类型是关于振荡器的常见问题,有源晶振的输出类型又分为正玄波输出和方波输出,还可分为单端输出和差分输出,而单端输出和差分输出又可向下继续细分;那么这些输出类型之间到底是有什么联系和区别呢?客户在选型的时候根据应用和所需的操作频率怎么样才能找到最适合产品的输出类型的?
如上问所述,振荡器的输出类型分为两大类型,一是方波,输出频率波形呈现矩形波的样式,而是正玄波,输出频率信号呈现三脚正玄波的形状.
正玄波如下图所示,它创建了一个连续的模拟正弦波,用频率和幅度的扫描周期表示.
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方波–如下图所示,是振荡器输出的数字表示.其信号以频率和幅度的速率由90度周期表示
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单端输出分为如下几种:
1)正弦波和削波正弦波
2)TTL(晶体管到晶体管逻辑)0.4?2.4V
3)CMOS(互补金属氧化物半导体)0.5?4.5V
4)HCMOS(高速CMOS)0.5?4.5V
5)LVCMOS(低压CMOS)0.5?4.5V
差分输出又分为下列这几种:
1)PECL(正发射极耦合逻辑)3.3?4.0V
2)LVPECL(低压PECL)1.7?2.4V
3)CML(电流模式逻辑)0.4?1.2V和2.6?3.3V
4)LVDS(低压差分信号)1.0?1.4V
5)HCSL(高速电流转向逻辑)0.0?0.75V
虽然将单端输出和差分输出列举出来了,也介绍了有哪些输出方式,但是还没说怎么样去选择最合适;选择的话我们就要对每一种输出方式的原理有一定了解,所以先来看看它们各自的优缺点.
正玄波和削顶正玄波:
正弦波是晶体或石英晶体振荡器电路的标准或”自然”信号输出.它由一个基本正弦频率输出组成.线性正弦波输出可在所有输出中提供最佳的相位噪声性能.这些非常适合需要高质量输出信号的应用.图中红色的即为正玄波.
削波正弦波正弦波输出受到控制,因此不会达到其最大高电平或低电平.这样,您将创建一个方波输出,而不会牺牲任何所需的相位噪声性能.图中黄色的即为削顶正玄波.
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CMOS,HCMOS和LVCMOS
CMOS,HCMOS和LVCMOS都属于互补金属氧化物半导体类别.它们是最适合低频时钟(通常低于250MHz)的方波数字输出.这允许时钟输出和芯片输入之间的直接连接.在大多数情况下,可以使用低值串联电阻器来有效减少信号反馈并保持可靠的信号完整性.还有一些高速和低压选项可能会更适合您的特定需求.
TTL或晶体管到晶体管逻辑
这是一个较旧的数字输出标准,已被CMOS技术取代.这是因为CMOS提供了更低的成本和更好的噪声性能.CMOS和TTL都非常适合低功耗,较高的输出摆幅以及相对较低的成本.
而差分输出信号提供双相异相180°的输出信号线.这对信号质量有很多好处,比如可以更好的上升和下降时间,再比如具备出色的抖动和相位噪声性能,还可以改进的共模噪声抑制,还能够帮助减少电磁和射频干扰.
ECL或发射极耦合逻辑
ECL主要是作为TTL的一种很好的替代方法引入的.ECL电路可以非常快速地改变状态,这使其更适合于高速数据传输.差分输出的缺点之一是它们需要更高的电源电流才能工作.ECL在使用过程中还会使用负电源.尝试连接到正极基础电源设备时,这可能会带来挑战.
PECL和LVPECL
PECL输出经常在高速时钟分配电路中使用.这是因为PECL具有很高的抗噪能力,能够在较长的线路长度上驱动高数据速率,并且由于电压摆幅较大而具有良好的抖动性能.但是,PECL需要高功耗才能运行,这是主要缺点.
LVPECL为千兆位以太网和光纤通道的使用奠定了良好的基础.LVPECL就像LVDS在电气上一样,但是提供更大的差分电压摆幅和稍低的电源效率.LVPECL的输出可能会带来挑战,因为需要端接来发射电压.同样,芯片中的差分电路可能具有不同的输入容差.确保检查正确的端接以达到最佳性能.
电流模式逻辑(CML)
CML具有与LVPECL相似的性能.这里的主要区别是CML不需要外部偏置.当需要考虑低功耗时,这使得CML可以替代LVPECL.
低压差分信号(LVDS)
LVDS类似于LVPECL输出,但是LVDS的功耗较低,并且电压摆幅较小.LVDS通常用于满足时钟分配或背板收发器等高速数据传输需求.为了获得更高的数据速率,通常首选HCSL,CML或LVPECL,但与LVDS相比,它们将需要更多的功耗.其他好处包括降低了对噪声的敏感性,并且易于在CMOSIC中实现.
LVDS的缺点是与PECL相比,其抖动性能降低,但是正在寻求新技术以实现与LVPECL相同水平的抖动性能.
高速电流转向逻辑(HCSL)
HCSL具有较新的输出标准,例如LVPECL.HCSL的优点之一是其高阻抗输出和快速切换时间.建议使用10至30欧姆的串联电阻,以减少可能的过冲和振铃.其他优点包括最快的开关速度,低功耗(介于LVDS和LVPECL之间)以及平均到良好的相位噪声性能.
由此可见,我们可以这样选择振荡器想要的输出方式;当只为易于使用的时候就选择我LVDS,该类型在接收器处只需要一个电阻,而LVPECL在发送器和接收器上都需要端接;当输出频率很高时,选择LVDS,LVPECL和HCSL比CMOS以达到更快速的过渡,但是需要的驱动功率比较大,功耗也比较高;当要求功耗较低时可选择CMOS或LVDS(频率低于150MHz);当需要达到最佳抖动性能的时候可LVPECL,LVDS和CMOS,当然输出频率得足够低.
如上问所述,振荡器的输出类型分为两大类型,一是方波,输出频率波形呈现矩形波的样式,而是正玄波,输出频率信号呈现三脚正玄波的形状.
正玄波如下图所示,它创建了一个连续的模拟正弦波,用频率和幅度的扫描周期表示.
1)正弦波和削波正弦波
2)TTL(晶体管到晶体管逻辑)0.4?2.4V
3)CMOS(互补金属氧化物半导体)0.5?4.5V
4)HCMOS(高速CMOS)0.5?4.5V
5)LVCMOS(低压CMOS)0.5?4.5V
差分输出又分为下列这几种:
1)PECL(正发射极耦合逻辑)3.3?4.0V
2)LVPECL(低压PECL)1.7?2.4V
3)CML(电流模式逻辑)0.4?1.2V和2.6?3.3V
4)LVDS(低压差分信号)1.0?1.4V
5)HCSL(高速电流转向逻辑)0.0?0.75V
虽然将单端输出和差分输出列举出来了,也介绍了有哪些输出方式,但是还没说怎么样去选择最合适;选择的话我们就要对每一种输出方式的原理有一定了解,所以先来看看它们各自的优缺点.
正玄波和削顶正玄波:
正弦波是晶体或石英晶体振荡器电路的标准或”自然”信号输出.它由一个基本正弦频率输出组成.线性正弦波输出可在所有输出中提供最佳的相位噪声性能.这些非常适合需要高质量输出信号的应用.图中红色的即为正玄波.
削波正弦波正弦波输出受到控制,因此不会达到其最大高电平或低电平.这样,您将创建一个方波输出,而不会牺牲任何所需的相位噪声性能.图中黄色的即为削顶正玄波.
CMOS,HCMOS和LVCMOS都属于互补金属氧化物半导体类别.它们是最适合低频时钟(通常低于250MHz)的方波数字输出.这允许时钟输出和芯片输入之间的直接连接.在大多数情况下,可以使用低值串联电阻器来有效减少信号反馈并保持可靠的信号完整性.还有一些高速和低压选项可能会更适合您的特定需求.
TTL或晶体管到晶体管逻辑
这是一个较旧的数字输出标准,已被CMOS技术取代.这是因为CMOS提供了更低的成本和更好的噪声性能.CMOS和TTL都非常适合低功耗,较高的输出摆幅以及相对较低的成本.
ECL或发射极耦合逻辑
ECL主要是作为TTL的一种很好的替代方法引入的.ECL电路可以非常快速地改变状态,这使其更适合于高速数据传输.差分输出的缺点之一是它们需要更高的电源电流才能工作.ECL在使用过程中还会使用负电源.尝试连接到正极基础电源设备时,这可能会带来挑战.
PECL和LVPECL
PECL输出经常在高速时钟分配电路中使用.这是因为PECL具有很高的抗噪能力,能够在较长的线路长度上驱动高数据速率,并且由于电压摆幅较大而具有良好的抖动性能.但是,PECL需要高功耗才能运行,这是主要缺点.
LVPECL为千兆位以太网和光纤通道的使用奠定了良好的基础.LVPECL就像LVDS在电气上一样,但是提供更大的差分电压摆幅和稍低的电源效率.LVPECL的输出可能会带来挑战,因为需要端接来发射电压.同样,芯片中的差分电路可能具有不同的输入容差.确保检查正确的端接以达到最佳性能.
电流模式逻辑(CML)
CML具有与LVPECL相似的性能.这里的主要区别是CML不需要外部偏置.当需要考虑低功耗时,这使得CML可以替代LVPECL.
低压差分信号(LVDS)
LVDS类似于LVPECL输出,但是LVDS的功耗较低,并且电压摆幅较小.LVDS通常用于满足时钟分配或背板收发器等高速数据传输需求.为了获得更高的数据速率,通常首选HCSL,CML或LVPECL,但与LVDS相比,它们将需要更多的功耗.其他好处包括降低了对噪声的敏感性,并且易于在CMOSIC中实现.
LVDS的缺点是与PECL相比,其抖动性能降低,但是正在寻求新技术以实现与LVPECL相同水平的抖动性能.
高速电流转向逻辑(HCSL)
HCSL具有较新的输出标准,例如LVPECL.HCSL的优点之一是其高阻抗输出和快速切换时间.建议使用10至30欧姆的串联电阻,以减少可能的过冲和振铃.其他优点包括最快的开关速度,低功耗(介于LVDS和LVPECL之间)以及平均到良好的相位噪声性能.
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