MTRONPTI麦特伦皮常见问题解答领先同行

问题：为什么晶体被指定有频率容差和稳定性，而振荡器只被指定有稳定性要求？
答：这个问题的答案在某种程度上是一个“特殊性”问题。通常假设在某种类型的晶体振荡器电路中使用晶体。用户将知道该振荡器的总稳定性，加上老化，在期望的工作温度下需要什么。例如，如果要求在0°至70°C的温度范围内，最大总允许频率偏差为100 ppm，包括老化，则他可以订购在室温（25°C）下具有50 ppm公差和在工作温度下具有50 nm稳定性的晶体。在这些情况下，温度稳定性是指室温下的频率。
对于振荡器，最终用户通常只关心整体稳定性，包括工作温度。在这种情况下，他可能会要求振荡器在0°至70°C的温度范围内需要100ppm的稳定性，包括老化，如MHO+13TAD。在实际制造过程中，石英晶体振荡器的结构与上述晶体基本相同。在产品的设计中考虑了振荡器电路效果的变化。振荡器内部使用的晶体在25°C时的初始容差为50 ppm。该晶体被设计为在操作温度下以特定的稳定性（50ppm）操作。当安装在振荡器中时，组合的总稳定性在100ppm的最大规格范围内。

领先全球台湾希华高精度温补晶振系列，希华晶体作为台湾知名晶振品牌公司，主要向广泛应用市场提供高性能低成本的有源晶振，石英晶振，温补晶振等产品为，经过几十年持续深耕，对于电子行业有着独特见解，凭借着自身对于行业的超前视野，不断为行业贡献自身的价值，同时不断打磨自身的SMD振荡器产品，使得其能够拥有多元化的产品线，同时拥有一流的服务团队，专业化的技术团队，高超生产技术等资源，正是因为所拥有的资源，能够令其与其他品牌形成强烈的差异化，秉持着创新的设计理念，以及对于晶振产品的极致追求，以不断超越自我为最大的目标，并拥有极强的增长速度。

随着行动通信技术向5G的转移，无线数据传输也迈向Wi-Fi7，加上电动车市场的崛起，晶片模组中使用的晶体高频化、小型化及高稳定度发展尤为关键，以满足未来智慧产品对石英振盪器的需求。

频率控制元件在小型化、高精密度以及高安定度的需求趋势下，核心技术已经很明显地落在小型化晶片的设计和量产良率上，而Siward目前已开发至市面最小的1.0x0.8mm 并保持一个好的良率与稳定的生产品质。领先全球台湾希华高精度温补晶振系列.

晶体谐振器是利用石英晶片镀上膜层之后产生压电效应的一种被动元器件。再将石英晶体加上电压的话，石英晶振会发生形变 (压电效应)，从而振动产生接近其固有振动数的稳定且高精度的频率。

更艰巨的挑战之一是需要前所未有的功能集成水平来缩小尺寸、设计物联网设备的复杂性和成本。射频（RF）前端模块（FEM）很可能提供一个OSC贴片晶振解决方案设计用于以低功耗的小型封装提供性能和功能。
物联网技术全球接受度预测预测数十亿，甚至数万亿的这些设备在许多不同的应用程序，并且没有单一的设计解决方案服务于所有目的。在某些情况下，传感器将几乎保留持续处于睡眠模式，仅短暂苏醒当外部指令时，或者当它检测到它所连接的设备出现故障时。在这些环境中，启用无线的传感器应该能够在一个或多个硬币电池上运行长达10年.

在其他应用中，物联网传感器将部分或持续运行，需要接入主电源或偏置来自能量收集或无线功率传输。多种物联网应用可能多种多样，但有一个核心要求保持不变：需要使物联网设备的每个元素都非常小、高度集成、高效，权力节约。研究表明物联网设备的成本可能不得不下降10到从毫瓦到微瓦或甚至纳米瓦。

具有成本效益的小型化集成是实现物联网应用小型化的关键RF FEM的设计，以及压控晶振设计方案，包括尽可能多的在单个包中尽可能发挥作用。在执行模数转换、基带功能和整体功能的片上系统（SoC）设备的帮助下子系统控制，RF FEM可以提供物联网应用的经济高效的解决方案，在占地面积小。物联网功能的集成度不断提高意味着更小的系统内封装（SiP）设备将包含更多的功能，从而使物联网能力得以压缩更小、更具成本效益、更低功耗的解决方案。
随着技术的进步，数字电路的规模越来越小。对于SoC，所选择的半导体技术采用硅CMOS，最小功能尺寸缩小在过去25年中，从250纳米到约22纳米，允许物联网解决方案中使用更小的数字电子电路。预计到2025年，它将降至约5纳米。
射频/微波电路不容易缩小尺寸——物联网设计的射频/微波部分可以解释占电路板面积的60%。而数字电路继续受益于CMOS几何结构的减少RF电路的尺寸减小可以通过在同一芯片上进一步集成RF功能来实现，或者通过采用先进的包装技术。

Silicon振荡器的电源去耦，Silicon作为欧美元器件行业的佼佼者，一直以来通过自身的努力，持续不断为行业传递自身的价值，致力于帮助用户提供完美的解决方案为主，由于在晶体行业已有几十年的发展，对于洞察用户需求把控十分到位，总能凭着自身的见解，开发出大量适合市场发展的优质产品，好比高质量的有源晶振也是其主推的产品之一，并为赢得更多的关注度。

From time to time we are asked to recommend solutions for power supply decoupling and layout. This application note will address these questions by providing solutions which have provided good results and warnings regarding solutions which could produce undesirable results. 

我们不时被要求推荐电源去耦和布局的解决方案。这申请说明将通过提供具有良好效果的解决方案来解决这些问题关于可能产生不良结果的解决方案的警告。

Silicon’ oscillators are designed and tested to meet the highest standards of quality and performance. Our oscillators will meet their specifications over variations in power supply voltage and temperature. However, noise at the oscillator’s power supply input can degrade jitter and phase noise performance. To get the best performance possible, it is desirable to de-couple high frequency components from the power supply prior to the oscillator.  

Silicon的SMD振荡器经过设计和测试，以达到最高的质量和性能标准。随着电源电压和温度的变化，我们的振荡器将满足其规格。然而，振荡器电源输入处的噪声会降低抖动和相位噪声性能。到为了获得尽可能好的性能，最好将电源中的高频分量解耦在振荡器之前提供。
Power supply bypass design starts with low impedance power and ground connections. This is best provided by a multi-layer PWB incorporating internal power and ground planes. Bulk power supply bypass capacitance is included to reduce power supply ripple and improve the power supply’s surge capacity. Bulk bypass capacitance may exist anywhere on the target application board. 

电源旁路设计从低阻抗电源和接地连接开始。这最好由包含内部电源和接地平面的多层PWB来提供。大容量电源旁路包括电容以减少电源纹波并提高电源的浪涌容量。大容量旁路电容可能存在于目标应用板上的任何位置。
Unlike the bulk bypass capacitance, the oscillator’s high frequency bypass capacitors are placed as close as possible to the oscillator. Figure 1 shows typical bypass configuration for Silicon’ oscillators. The capacitance values shown in Figure-1 may be used for all product families. 

与大容量旁路电容不同，振荡器的高频旁路电容器放置得尽可能接近尽可能地连接到振荡器。图1显示了Silicon振荡器的典型旁路配置。这个图1所示的电容值可用于所有产品系列

A bit of comment needs to be added about capacitors. EIA specifies capacitors in four classes. Class-I are the most stable and includes the zero temperature coefficient NPO capacitors used for load capacitors in discrete crystal applications. Class-IV is specified but not commonly available. Class-II and Class-III are the most commonly used. For oscillator bypass applications, Silicon recommends at least X5R capacitors. This class of capacitor is specified from -55ºC to +80ºC, has excellent drift characteristics over this temperature range, excellent high frequency characteristics and good volumetric efficiency. Table 1 summarizes the characteristics of common EIA Class-II and Class-III capacitors. 

关于电容器，需要补充一点评论。EIA规定电容器分为四类。I类最稳定的，并且包括用于离散晶体应用中的负载电容器的零温度系数NPO电容器。IV类是指定的，但不常见。第二类和第三类是最常用的。对于有源晶体振荡器旁路应用，Silicon建议至少使用X5R电容器。该类电容器的温度范围为-55ºC至+80ºC，在该温度范围内具有优异的漂移特性、优异的高频特性和良好的体积效率。表1总结了普通EIA II级和III级电容器的特性。

美国伊西斯石英晶体，ECS Inc .坚信，无论所用产品的质量如何，任何应用程序都取决于其设计。提供一些业界最好的频率控制电子元件和石英晶体产品，ECS Inc .知道这些产品只是一个更大难题的开始。 这就是ECS Inc .知识渊博的工程师和产品专家团队创建了这个庞大的技术指南和资源库的原因，无论其用途如何，都可以为您的设计应用提供帮助。从实时时钟应用，到电路设计最佳实践，再到替代时序解决方案，这些团队将在电子元件行业提供数十年的综合专业知识.
ECS Inc .凭借高度可靠和创新的无源元件，如晶体振荡器、SMD晶体、功率电感器、实时时钟和其他计时解决方案，满足了日益增长的全球需求。全球供应链网络以及在主要市场的关键设计和支持中心使ECS Inc .成为频率控制解决方案的主要供应商之一.

截至今天，ECS Inc .已经向150多个国家的客户交付了超过34亿个被动计时和磁性解决方案。除了推动技术发展的产品，ECS Inc .在韩国、日本、中国、新加坡和美国拥有超过18个地点的全球工程和销售支持系统。美国伊西斯石英晶体.

区别以及为什么晶体振荡器可能是更好的选择

石英晶体谐振器和陶瓷谐振器类似地激活和工作，因为当AC信号分别施加到它们时，它们都机械振动。

区别在于石英晶体谐振器由石英晶体制成，而陶瓷谐振器由陶瓷元件制成。

康纳温菲尔德TCXO振荡器M170-F-019.2M适合6G基站通信，Connor-Winfield是一家有着独特创新能力的知名品牌公司，致力于为用户提供极其具有价值的产品，擅长开发各种高质量的有源振荡器，伴随着行业的快速变化，Connor-Winfield利用自身的核心技术，研发设计出大量优质的产品，所匠心打磨的TCXO晶体振荡器产品编码M170-F-019.2M，型号M170，尺寸为5032mm,频率为19.2MHZ，康纳-温菲尔德M100，M170， M200型号提供精确的频率稳定性和出色5x3.2mm毫米中的相位噪声包裹。通过使用模拟温度补偿，这些TCXO和VCTCXO能够保持低于100ppb的压力200ppb的商业或工业稳定性 温度范围。

石英晶体振荡器也可以称之为有源晶振,其振荡频率是非常稳定的.先进的生产设备,丰富的成功经验,使得生产的石英晶振非常精密,晶振参数大小也很准确.振荡器是电子产品的必需品,用于的行业领域非常广泛,但使用晶振时还是有蛮多细节需要注意,下面康华尔为您解说.

频率源的温度和时间稳定特性是无线基站,精密测试和测量设备,网络定时源和军事通信设备设计的关键组成部分.石英晶体振荡器稳定性构成了频率或时序参考设计的基础,并且根据系统的不同,振荡器的性能将在整体性能中得到体现.做出正确的选择以确保最低的老化,最佳的温度稳定性或最高的短期稳定性具有挑战性,那么如何保证差分晶振的稳定性以及低功耗特性呢？

LVPECL输出晶振端接方法是如图1所示的上拉/下拉方法(显示了可选的交流电容).

如果可以使用从发射极到地的单个电阻,如图2所示,那么电流将会减少.VCC6具有156.250Hz输出,系列的典型结果显示在表1中,并强调了相当大的功率节省.

应该注意的是,大于240欧姆的值会导致p/p输出降低.例如,一个470欧姆的电阻导致一个420mv的p/p输出,具有一些振铃/过冲,需要在系统中进行评估以验证应用.240欧姆终端方案通常在Vetron使用,对于短距离应用应该是可以接受的,23英寸的FR4轨迹甚至更长也是可能的,但是还没有被评估过.

差分晶振输出是指输出差分信号使用2种相位彼此完全相反的信号,从而消除了共模噪声,并产生一个更高性能的系统.差分晶振具有低电平,低功耗等功能,低电流电压可达到低值1V, 工作电压在2.5V-3.3V,低抖动差分晶振是目前行业中具有高要求,高技术的石英晶体振荡器,差分晶振相位低,低损耗等特点.使用于网络路由器、SATA,光纤通信,10G以太网、超速光纤收发器、网络交换机等网络通讯设备中.

有源晶振可以分为多种性能,比如,恒温控制功能的（OCXO）,电压控制功能的是压控振荡器（VCXO）,有两种温度补偿性能的是温补晶振（TCXO）,输出差分信号的叫做差分晶振（LVDS/LVPECL）,拥有电压控制和温度补偿的是压控温补振荡器.应用的产品范围大部分一样,但也会专用于部分产品,许多工程在制定新方案时,都会为用哪种石英振荡器而感到烦恼,甚至需要每一种都试下都知道哪一类的合适,过程不仅浪费时间还会让成本增加.那么有源晶振如何选型呢？了解这几个关键点有源晶振选型省时省力.

频率稳定性有多重要？

频率稳定性衡量振荡器的输出频率由于温度变化,在运行期间可能发生变化.如果频率漂移超出应用程序的预期,可能会出现定时误差发生.频率稳定性以百万分率或ppm表示,相对于特定温度范围内的标称频率.振荡器使用在制造过程中以不同角度切割的石英晶振产生不同的温度响应.常见的X温度稳定性额定值包括±20ppm,±50ppm和±100ppm.较低的ppm意味着输出频率在给定温度范围内更稳定.

值得注意的是,频率稳定性只是了解方式的一个方面振荡器的频率可能会发生变化.完整的测量潜在的频率偏差称为总稳定性,它是总和频率稳定性随温度变化,初始精度在25°C,老化超过a指定的时间和温度.如图3所示,总稳定性揭示了石英晶体振荡器可能产生的最坏情况可能的频率使用寿命.

你需要水晶还是振荡器？

大多数消费类和电池供电的应用都使用片上系统（SoC）具有集成振荡器电路和简单,低成本晶体的器件时钟合成.适用于高端应用-数据中心,电信,工业自动化等-外部XO晶振通常用于为SoC的内部PLL提供参考时序.使用片外时钟源是有利的,因为它提供了一个独立的隔离参考时钟经过优化,可提供低抖动操作串扰最小.另一个值得注意的好处是石英振荡器合并集成电源噪声抑制,以最大限度地减少板级的影响时钟抖动噪声.

需要什么抖动性能？

定时抖动是一种测量时钟信号纯度的方法.越低了抖动,噪音越小.由于振荡器通常用作本地振荡器对于系统的“心跳”,需要干净且低抖动的输出.在示波器的时域中测量抖动-例如,周期抖动和周期间抖动-或者在a.的频域中相位噪声分析仪,在频带上集成RMS相位抖动,例如12kHz至20MHz,如图2所示.

低相位抖动有源晶振XO <250 fs-RMS对于更高性能至关重要应用,因为高水平的时钟抖动导致不可接受的高误码率（BER）,流量丢失或系统通信丢失.因此,如果有疑问,从低抖动时钟源开始总是更安全提供更多的抖动余量.在理想情况下,应用程序或芯片组由驱动器驱动振荡器将提供最大允许抖动规范伴随积分带,相位噪声掩模和杂散要求.在在这种情况下,主要考虑的是需要多少抖动余量振荡器允许来自缓冲器或其他芯片的任何附加抖动更远时序路径的下游.

另一个考虑因素是一些XO数据表只宣传“典型”抖动规范.它不保证设备性能超过过程,电压,温度和频率变化.通常,硬件设计师不会拥有全面的设备系统所有关键组件的抖动要求.参考设计在这种情况下有用,因为设计的振荡器已经存在审核.与提供各种各样的贴片晶振供应商合作也可能有所帮助具有不同抖动和成本选项的振荡器以及在线工具提供帮助你确定最合适的.同样,如果有疑问,开始时总是更安全一个低抖动振荡器,然后评估宽松抖动选项作为a降低成本的潜在未来之路.

虽然它们可能看起来相同并且共享许多规格,晶体和振荡器是非常不同的设备.封装的水晶是一块石英,切割和抛光以在具有高Q值的特定频率下共振.它不是包含振荡器电路,驱动石英产生时钟输出.相反,驱动电路位于晶体所在的器件内部连接的.相比之下,SPXO石英晶体振荡器是包含该晶体振荡器的完整器件石英晶体,振荡器电路,输出驱动器,并且可能是锁相的循环（PLL）.XO以指定的频率和信号提供时钟输出格式,例如CMOS,LVDS和LVPECL.振荡器（图1）也可以直接驱动芯片或通过缓冲器馈送以提供a的多个副本特定频率.

你的频率会改变吗？

许多OSC晶振应用仅需要单个固定频率,如156.25兆赫.在其他情况下,振荡器提供的频率可能需要更改.例如,12G-SDI视频成帧器可能需要在它们之间切换两种不同的视频帧速率为297MHz和297/1.001MHz.在其他时候,可能需要有意添加一个小频率偏差作为保证金测试的一部分,以对系统级设置进行压力测试保持时间.也许最常见的是,设计师可能还不确切最终设计将使用哪个频率,但他们知道他们需要一个振荡器提供此参考.

对于此类应用,理想的解决方案是提供多个振荡器,预先存储的频率.双和四振荡器可用于这些应用.这些器件的输出频率可通过引脚选择启用单个XO石英晶体振荡器替换多个振荡器和多路复用器.如果申请需要混合整数和小数时钟,选择一致提供的设备,所有目标频率的低抖动操作.

另一种有用的振荡器是I2C可编程晶体振荡器.这些设备提供最大的频率灵活性,提供一致的低抖动操作在很宽的频率范围内.这些设备可以在运行中重新编程提供几乎无限数量的频率.它们对于数字PLL体系结构中的原型设计和使用也非常有用,其中主处理器提供快速数字反馈机制以允许XO锁定并跟踪参考信号.

XO晶振可能在整个温度范围内具有出色的频率稳定性,但这一点测量仅相对于它在室内提供的标称频率温度.因此,某些设备的初始精度误差可能非常大,例如SAW振荡器,必须加以考虑.类似地,石英晶体在很长一段时间内缓慢老化,这导致输出频率缓慢漂移.一些振荡器供应商指定老化只有一年在25°C,而更保守的供应商指定老化10多年的温度,为更高的温度提供更可靠的保证长期运作.老化条件可以使总稳定性产生实质性差异振荡器,有时可以进行苹果对苹果的比较难.如果有疑问,使用保证的定时装置会更安全规范在更严格的条件下提供更多的设计余量.