【導讀】差分晶振是一種有源晶體振蕩器，通過(guò)將晶體振蕩器中的振蕩信號分成兩個(gè)相位相反的輸出信號，并通過(guò)差分放大電路進(jìn)行放大和處理，產(chǎn)生穩定的差分輸出信號。差分晶振具有較好的抗干擾能力，能提供更穩定、更精確的時(shí)鐘信號，廣泛應用于通信網(wǎng)絡(luò )、數據中心、汽車(chē)電子、工業(yè)自動(dòng)化、測試測量、醫療設備等領(lǐng)域。
差分晶振是一種有源晶體振蕩器，通過(guò)將晶體振蕩器中的振蕩信號分成兩個(gè)相位相反的輸出信號，并通過(guò)差分放大電路進(jìn)行放大和處理，產(chǎn)生穩定的差分輸出信號。差分晶振具有較好的抗干擾能力，能提供更穩定、更精確的時(shí)鐘信號，廣泛應用于通信網(wǎng)絡(luò )、數據中心、汽車(chē)電子、工業(yè)自動(dòng)化、測試測量、醫療設備等領(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(guò)避免晶體管飽和，實(shí)現更快的開(kāi)關(guān)速度，并配備恒定電流源驅動(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，適用于PON、顯卡、光模塊、智能網(wǎng)卡等。
圖2 LVPECL模式輸出結構
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電路的輸出結構包含一個(gè)差分對管和一對射隨器。輸出射隨器在正電源范圍內工作，直流電流始終存在，有利于提高開(kāi)關(guān)速度，保持較快的關(guān)斷時(shí)間。LVPECL的標準輸出是通過(guò)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，負載阻抗為100Ω的差分線(xiàn)上的電流一般不超過(guò)4mA，使其不易受噪聲影響，在音視頻處理器、服務(wù)器、路由器和交換機等應用中非常重要。
圖3 LVDS模式輸出結構
LVDS是一種低擺幅的差分信號技術(shù)，它使得信號能夠在差分PCB 線(xiàn)對或平衡電纜上以百Mbps的速率傳輸，其低電壓幅度、低電流驅動(dòng)輸出使其具備低噪聲、低功耗的特性。LVDS標準輸出負載為差分形式，阻抗為100Ω，如圖3所示。
3）HCSL模式
HCSL是一種高速差分信號，通常在較低的電壓水平工作，在90年代末開(kāi)始用于高速串行計算機擴展總線(xiàn)標準(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(lèi)晶振廣泛應用于系統內部的高速串行通信、時(shí)鐘分配和數據通路等對速度、功耗、性能要求高的場(chǎng)景。
圖4 HCSL模式輸出結構
差分晶振的優(yōu)勢
差分晶振的優(yōu)勢主要體現在：
1）抗干擾能力高：
差分晶振采用差分方式進(jìn)行信號生成，在輸入和輸出引腳之間使用差分信號傳輸，對環(huán)境中的電磁干擾具有較強的抵抗能力。相對于單端晶振，差分晶振可通過(guò)正負極性的相互抵消，削弱噪聲干擾對時(shí)鐘信號的影響。
2）時(shí)鐘抖動(dòng)?。?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
能夠有效減少時(shí)鐘信號的抖動(dòng)，提升信號的穩定性和精度，進(jìn)而增強系統性能與穩定性。
3）改善時(shí)鐘信號傳輸質(zhì)量：
可以在時(shí)鐘信號傳輸過(guò)程中提供更高的信號品質(zhì)，能夠減少共模噪聲的影響，有效降低信號傳輸的損耗和失真，提高信號傳輸的可靠性和穩定性。
4）增加噪聲容限：
可以增加時(shí)鐘信號的噪聲容限，提供更大的時(shí)鐘信號幅度，降低時(shí)鐘信號的失真和抖動(dòng)，有助于保持信號的完整性和準確性。
差分晶振的應用
差分晶振憑借其優(yōu)勢，應用于多個(gè)領(lǐng)域：
通信系統：應用于無(wú)線(xiàn)通信、網(wǎng)絡(luò )設備及傳輸系統，確保時(shí)鐘信號與頻率參考的穩定性，從而提升數據傳輸的精確性與可靠性。
數據中心設備：服務(wù)器與數據存儲等設備中，差分晶振提供精確的時(shí)鐘同步與數據傳輸，保障計算機系統的穩定運行與數據準確性。
汽車(chē)電子：為發(fā)動(dòng)機控制、車(chē)載娛樂(lè )與導航系統等提供精確的時(shí)鐘與頻率控制，確保汽車(chē)電子系統的穩定與可靠。
工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)自動(dòng)化控制系統中，包括PLC、機器人及傳感器等，差分晶振提供穩定的時(shí)鐘信號與精確的時(shí)間測量，保證系統的精度與可靠性。
測試測量設備：應用于其中的時(shí)鐘、計數器、頻率計等，確保測試結果的準確與穩定。
醫療設備：為時(shí)鐘與數據采集電路提供準確穩定的支持，確保醫療數據的準確可靠。
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，不僅性能指標卓越，還依托持續的創(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(guò)精細的電源管理和優(yōu)化的電路設計，大普差分晶振在保持高性能的同時(shí)，實(shí)現了成本的有效控制和供應鏈的堅固穩定，為用戶(hù)提供極具競爭力的選擇。
圖5 大普技術(shù)差分晶振產(chǎn)品系列
在高速數據傳輸領(lǐng)域，數字信號處理器（DSP）的參考時(shí)鐘頻點(diǎn)一般為156.25MHz，其內部通過(guò)鎖相環(huán)（PLL）將此基頻倍頻，生成與數據轉換速率匹配的時(shí)鐘信號，同時(shí)對差分晶振的應用提出了小型化、低功耗（不超過(guò)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(mǎn)足市場(chǎng)對節能高效產(chǎn)品的需求。
156.25MHz差分晶振在光模塊中的應用
以全面的頻率覆蓋、多樣的輸出選項、卓越的溫控穩定性、低功耗特性和超低抖動(dòng)表現，大普差分晶振展現出在不同應用場(chǎng)景下的高度靈活性和可靠性，廣泛應用于SONET/SDH、千兆以太網(wǎng)、串行ATA、PCI-Express、存儲區域網(wǎng)絡(luò )、光纖通道、工業(yè)控制器、測試與測量、光纖通道和通信等領(lǐng)域。隨著(zhù)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)域內得到應用，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)域深耕細作近二十年，已搭建覆蓋全等級高穩時(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)、終測到交付，全程實(shí)現自主控制，是全球少數具備規?；峁└叻€時(shí)鐘產(chǎn)品與整體時(shí)鐘解決方案能力的廠(chǎng)商之一。
未來(lái)，大普技術(shù)將繼續深化技術(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、高效時(shí)鐘解決方案賦能各行各業(yè)，共筑穩定可靠的未來(lái)世界，為用戶(hù)創(chuàng )造更大價(jià)值！
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