億金技術支持:Oscillator輸出類型指南
來源：http://www.lbfp.com.cn 作者：億金電子 2020年07月14
Oscillator輸出類型是關于振蕩器的常見問題,有源晶振的輸出類型又分為正玄波輸出和方波輸出,還可分為單端輸出和差分輸出,而單端輸出和差分輸出又可向下繼續細分;那么這些輸出類型之間到底是有什么聯系和區別呢?客戶在選型的時候根據應用和所需的操作頻率怎么樣才能找到最適合產品的輸出類型的?
如上問所述,振蕩器的輸出類型分為兩大類型,一是方波,輸出頻率波形呈現矩形波的樣式,而是正玄波,輸出頻率信號呈現三腳正玄波的形狀.
正玄波如下圖所示,它創建了一個連續的模擬正弦波,用頻率和幅度的掃描周期表示.
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方波–如下圖所示,是振蕩器輸出的數字表示.其信號以頻率和幅度的速率由90度周期表示
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單端輸出分為如下幾種:
1)正弦波和削波正弦波
2)TTL(晶體管到晶體管邏輯)0.4?2.4V
3)CMOS(互補金屬氧化物半導體)0.5?4.5V
4)HCMOS(高速CMOS)0.5?4.5V
5)LVCMOS(低壓CMOS)0.5?4.5V
差分輸出又分為下列這幾種:
1)PECL(正發射極耦合邏輯)3.3?4.0V
2)LVPECL(低壓PECL)1.7?2.4V
3)CML(電流模式邏輯)0.4?1.2V和2.6?3.3V
4)LVDS(低壓差分信號)1.0?1.4V
5)HCSL(高速電流轉向邏輯)0.0?0.75V
雖然將單端輸出和差分輸出列舉出來了,也介紹了有哪些輸出方式,但是還沒說怎么樣去選擇最合適;選擇的話我們就要對每一種輸出方式的原理有一定了解,所以先來看看它們各自的優缺點.
正玄波和削頂正玄波:
正弦波是晶體或石英晶體振蕩器電路的標準或”自然”信號輸出.它由一個基本正弦頻率輸出組成.線性正弦波輸出可在所有輸出中提供最佳的相位噪聲性能.這些非常適合需要高質量輸出信號的應用.圖中紅色的即為正玄波.
削波正弦波正弦波輸出受到控制,因此不會達到其最大高電平或低電平.這樣,您將創建一個方波輸出,而不會犧牲任何所需的相位噪聲性能.圖中黃色的即為削頂正玄波.
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CMOS,HCMOS和LVCMOS
CMOS,HCMOS和LVCMOS都屬于互補金屬氧化物半導體類別.它們是最適合低頻時鐘(通常低于250MHz)的方波數字輸出.這允許時鐘輸出和芯片輸入之間的直接連接.在大多數情況下,可以使用低值串聯電阻器來有效減少信號反饋并保持可靠的信號完整性.還有一些高速和低壓選項可能會更適合您的特定需求.
TTL或晶體管到晶體管邏輯
這是一個較舊的數字輸出標準,已被CMOS技術取代.這是因為CMOS提供了更低的成本和更好的噪聲性能.CMOS和TTL都非常適合低功耗,較高的輸出擺幅以及相對較低的成本.
而差分輸出信號提供雙相異相180°的輸出信號線.這對信號質量有很多好處,比如可以更好的上升和下降時間,再比如具備出色的抖動和相位噪聲性能,還可以改進的共模噪聲抑制,還能夠幫助減少電磁和射頻干擾.
ECL或發射極耦合邏輯
ECL主要是作為TTL的一種很好的替代方法引入的.ECL電路可以非常快速地改變狀態,這使其更適合于高速數據傳輸.差分輸出的缺點之一是它們需要更高的電源電流才能工作.ECL在使用過程中還會使用負電源.嘗試連接到正極基礎電源設備時,這可能會帶來挑戰.
PECL和LVPECL
PECL輸出經常在高速時鐘分配電路中使用.這是因為PECL具有很高的抗噪能力,能夠在較長的線路長度上驅動高數據速率,并且由于電壓擺幅較大而具有良好的抖動性能.但是,PECL需要高功耗才能運行,這是主要缺點.
LVPECL為千兆位以太網和光纖通道的使用奠定了良好的基礎.LVPECL就像LVDS在電氣上一樣,但是提供更大的差分電壓擺幅和稍低的電源效率.LVPECL的輸出可能會帶來挑戰,因為需要端接來發射電壓.同樣,芯片中的差分電路可能具有不同的輸入容差.確保檢查正確的端接以達到最佳性能.
電流模式邏輯(CML)
CML具有與LVPECL相似的性能.這里的主要區別是CML不需要外部偏置.當需要考慮低功耗時,這使得CML可以替代LVPECL.
低壓差分信號(LVDS)
LVDS類似于LVPECL輸出,但是LVDS的功耗較低,并且電壓擺幅較小.LVDS通常用于滿足時鐘分配或背板收發器等高速數據傳輸需求.為了獲得更高的數據速率,通常首選HCSL,CML或LVPECL,但與LVDS相比,它們將需要更多的功耗.其他好處包括降低了對噪聲的敏感性,并且易于在CMOSIC中實現.
LVDS的缺點是與PECL相比,其抖動性能降低,但是正在尋求新技術以實現與LVPECL相同水平的抖動性能.
高速電流轉向邏輯(HCSL)
HCSL具有較新的輸出標準,例如LVPECL.HCSL的優點之一是其高阻抗輸出和快速切換時間.建議使用10至30歐姆的串聯電阻,以減少可能的過沖和振鈴.其他優點包括最快的開關速度,低功耗(介于LVDS和LVPECL之間)以及平均到良好的相位噪聲性能.
由此可見,我們可以這樣選擇振蕩器想要的輸出方式;當只為易于使用的時候就選擇我LVDS,該類型在接收器處只需要一個電阻,而LVPECL在發送器和接收器上都需要端接;當輸出頻率很高時,選擇LVDS,LVPECL和HCSL比CMOS以達到更快速的過渡,但是需要的驅動功率比較大,功耗也比較高;當要求功耗較低時可選擇CMOS或LVDS(頻率低于150MHz);當需要達到最佳抖動性能的時候可LVPECL,LVDS和CMOS,當然輸出頻率得足夠低.
如上問所述,振蕩器的輸出類型分為兩大類型,一是方波,輸出頻率波形呈現矩形波的樣式,而是正玄波,輸出頻率信號呈現三腳正玄波的形狀.
正玄波如下圖所示,它創建了一個連續的模擬正弦波,用頻率和幅度的掃描周期表示.
1)正弦波和削波正弦波
2)TTL(晶體管到晶體管邏輯)0.4?2.4V
3)CMOS(互補金屬氧化物半導體)0.5?4.5V
4)HCMOS(高速CMOS)0.5?4.5V
5)LVCMOS(低壓CMOS)0.5?4.5V
差分輸出又分為下列這幾種:
1)PECL(正發射極耦合邏輯)3.3?4.0V
2)LVPECL(低壓PECL)1.7?2.4V
3)CML(電流模式邏輯)0.4?1.2V和2.6?3.3V
4)LVDS(低壓差分信號)1.0?1.4V
5)HCSL(高速電流轉向邏輯)0.0?0.75V
雖然將單端輸出和差分輸出列舉出來了,也介紹了有哪些輸出方式,但是還沒說怎么樣去選擇最合適;選擇的話我們就要對每一種輸出方式的原理有一定了解,所以先來看看它們各自的優缺點.
正玄波和削頂正玄波:
正弦波是晶體或石英晶體振蕩器電路的標準或”自然”信號輸出.它由一個基本正弦頻率輸出組成.線性正弦波輸出可在所有輸出中提供最佳的相位噪聲性能.這些非常適合需要高質量輸出信號的應用.圖中紅色的即為正玄波.
削波正弦波正弦波輸出受到控制,因此不會達到其最大高電平或低電平.這樣,您將創建一個方波輸出,而不會犧牲任何所需的相位噪聲性能.圖中黃色的即為削頂正玄波.
CMOS,HCMOS和LVCMOS都屬于互補金屬氧化物半導體類別.它們是最適合低頻時鐘(通常低于250MHz)的方波數字輸出.這允許時鐘輸出和芯片輸入之間的直接連接.在大多數情況下,可以使用低值串聯電阻器來有效減少信號反饋并保持可靠的信號完整性.還有一些高速和低壓選項可能會更適合您的特定需求.
TTL或晶體管到晶體管邏輯
這是一個較舊的數字輸出標準,已被CMOS技術取代.這是因為CMOS提供了更低的成本和更好的噪聲性能.CMOS和TTL都非常適合低功耗,較高的輸出擺幅以及相對較低的成本.
ECL或發射極耦合邏輯
ECL主要是作為TTL的一種很好的替代方法引入的.ECL電路可以非常快速地改變狀態,這使其更適合于高速數據傳輸.差分輸出的缺點之一是它們需要更高的電源電流才能工作.ECL在使用過程中還會使用負電源.嘗試連接到正極基礎電源設備時,這可能會帶來挑戰.
PECL和LVPECL
PECL輸出經常在高速時鐘分配電路中使用.這是因為PECL具有很高的抗噪能力,能夠在較長的線路長度上驅動高數據速率,并且由于電壓擺幅較大而具有良好的抖動性能.但是,PECL需要高功耗才能運行,這是主要缺點.
LVPECL為千兆位以太網和光纖通道的使用奠定了良好的基礎.LVPECL就像LVDS在電氣上一樣,但是提供更大的差分電壓擺幅和稍低的電源效率.LVPECL的輸出可能會帶來挑戰,因為需要端接來發射電壓.同樣,芯片中的差分電路可能具有不同的輸入容差.確保檢查正確的端接以達到最佳性能.
電流模式邏輯(CML)
CML具有與LVPECL相似的性能.這里的主要區別是CML不需要外部偏置.當需要考慮低功耗時,這使得CML可以替代LVPECL.
低壓差分信號(LVDS)
LVDS類似于LVPECL輸出,但是LVDS的功耗較低,并且電壓擺幅較小.LVDS通常用于滿足時鐘分配或背板收發器等高速數據傳輸需求.為了獲得更高的數據速率,通常首選HCSL,CML或LVPECL,但與LVDS相比,它們將需要更多的功耗.其他好處包括降低了對噪聲的敏感性,并且易于在CMOSIC中實現.
LVDS的缺點是與PECL相比,其抖動性能降低,但是正在尋求新技術以實現與LVPECL相同水平的抖動性能.
高速電流轉向邏輯(HCSL)
HCSL具有較新的輸出標準,例如LVPECL.HCSL的優點之一是其高阻抗輸出和快速切換時間.建議使用10至30歐姆的串聯電阻,以減少可能的過沖和振鈴.其他優點包括最快的開關速度,低功耗(介于LVDS和LVPECL之間)以及平均到良好的相位噪聲性能.
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