設(shè)計(jì)低抖動(dòng)差分晶振的方案比起普通的振蕩器，相對來說要復(fù)雜很多，因?yàn)椴罘值妮敵霰容^特殊，不是常規(guī)的CMOS，而且輸出的信號是差分的，也就是彼此相位是完全相反的。也因此差分的性能也比較穩(wěn)定，可應(yīng)用到任何一種要求比較高的產(chǎn)品身上，相位抖動(dòng)是差分晶振的特性，在差分晶體振蕩器的設(shè)計(jì)方案中都要考慮到相位抖動(dòng)，有著不一般的重要性。隨著越來越多的產(chǎn)品需要差分振蕩器，海外各大頻率元件制造商，紛紛投入資金，人力，物力研發(fā)符合時(shí)代需求的差分系列型號，以下是關(guān)于差分抖動(dòng)的相關(guān)資料。

由于發(fā)送和接收設(shè)備可以位于任何地方-從同一個(gè)桌面到世界的另一端，因此每個(gè)不同的位置或環(huán)境都會(huì)影響時(shí)鐘邊緣從發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間如何漂移。設(shè)備接收和解釋數(shù)據(jù)的時(shí)間。這些影響很多，包括溫度，物理運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)，甚至是時(shí)鐘信號源的架構(gòu)。最終結(jié)果是要么具有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，要么“不”顯然不是任何系統(tǒng)中的選項(xiàng)。對于最終用戶而言，這可能意味著體驗(yàn)質(zhì)量差，并且對互聯(lián)網(wǎng)會(huì)話和相關(guān)服務(wù)造成干擾（語音質(zhì)量差，視頻內(nèi)容觀看體驗(yàn)不均勻或數(shù)據(jù)文件內(nèi)容損壞）。性能特性可以精確地衡量時(shí)鐘邊緣與預(yù)期的精確程度，稱為“抖動(dòng)”。通常在測量中使用三種抖動(dòng)量化：

1.相位/RMS抖動(dòng)-可被視為“精細(xì)焦點(diǎn)”測量。這通常被稱為“絕對抖動(dòng)”，它是時(shí)鐘邊緣位置的總和全部差異，理想情況下通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量信號的相位噪聲（圖A）;

2.峰值抖動(dòng)和峰峰值抖動(dòng)，每個(gè)抖動(dòng)可被視為“過程”測量，并分為兩個(gè)特征：

a.是周期抖動(dòng)（又稱周期抖動(dòng)）任何一個(gè)石英晶振時(shí)鐘周期與理想或平均時(shí)鐘周期之間的差異-通常通過用示波器測量信號周期來揭示（圖B），

b.周期間抖動(dòng)-任意兩個(gè)相鄰時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間差異。對于微處理器和RAM接口中使用的某些類型的時(shí)鐘生成電路而言，這也很重要，并且還可以使用示波器進(jìn)行測量（圖C）

抖動(dòng)性能/規(guī)格限制已由ITU-T，Telcordia和IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)確定。本機(jī)以太網(wǎng)（IEEE）上的抖動(dòng)規(guī)范和測試方法與SDH/SONET/SyncE（ITU-T，Telcordia）的規(guī)范和測試方法不同。

高速串行總線架構(gòu)是當(dāng)今高性能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。雖然并行總線標(biāo)準(zhǔn)正在發(fā)生一些變化，但串行總線建立在多個(gè)市場和設(shè)備上-計(jì)算機(jī)，手機(jī)，娛樂系統(tǒng)等。串行總線在電路和電路板布局中提供了性能優(yōu)勢和設(shè)計(jì)簡化（更少的跡線）。串行數(shù)據(jù)鏈路表現(xiàn)為當(dāng)今知情世界的動(dòng)脈，因?yàn)樗鼈冊谔幚硐到y(tǒng)中將數(shù)據(jù)從一個(gè)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)點(diǎn)。為了確保準(zhǔn)確地傳送和接收數(shù)據(jù)，數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)由時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）電路控制，該電路然后表現(xiàn)為數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的握手。準(zhǔn)確接收和解釋數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于精確地了解時(shí)鐘邊緣在任何時(shí)間點(diǎn)的“位置”。

偏離理想的邊緣

偏離理想的時(shí)期

偏離零差異

JITTERGENERATION

隨著下一代串行標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)速率的提高，模擬異常對信號完整性和質(zhì)量的影響比以往任何時(shí)候都大。信號通路中的導(dǎo)體，包括電路板走線，過孔，連接器和電纜，表現(xiàn)出更大的傳輸線效應(yīng)，帶有回波損耗和反射，降低信號電平，引起偏移，并增加噪聲，從而產(chǎn)生抖動(dòng)。然而，一切都始于基本系統(tǒng)時(shí)鐘信號（SYSCLK或主時(shí)鐘）。隨著時(shí)鐘信號的顯著性能特征，創(chuàng)建信號的成本可以在10倍以上變化-取決于所使用的架構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。為了幫助實(shí)現(xiàn)沒有過多性能保護(hù)帶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)（因此成本過高），本文重點(diǎn)介紹用于創(chuàng)建符合每個(gè)特定高速串行數(shù)據(jù)（HSSD）的時(shí)鐘信號的不同架構(gòu)的更新。實(shí)施方案。特定的抖動(dòng)類型，定義和一致性測試方法已經(jīng)有詳細(xì)記錄，這里不再重復(fù)。

用于創(chuàng)建系統(tǒng)時(shí)鐘的流行基礎(chǔ)組件是石英晶體振蕩器（“XO”），這是一種已經(jīng)使用多年的技術(shù)。晶體振蕩器本身具有固有的抖動(dòng)特性，它們的輸出抖動(dòng)將根據(jù)設(shè)計(jì)/電路和單價(jià)而變化。智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員意識到系統(tǒng)/產(chǎn)品/設(shè)計(jì)的總成本本身就是一個(gè)需要滿足的“規(guī)范”。本文介紹了每種信號創(chuàng)建方法以及推薦表，以幫助潛在用戶承擔(dān)比必要更高的組件成本。

差分晶振輸出邏輯

在前一節(jié)中，討論了生成CLK的方法及其如何影響抖動(dòng)性能。無論實(shí)現(xiàn)架構(gòu)是Fundamental還是OvertoneCrystal，N-Multiplier或Fractional-N乘法器，晶體振蕩器還包含依照現(xiàn)有邏輯技術(shù)的輸出驅(qū)動(dòng)器。具體類型的輸出邏輯兼容性可以是低壓CMOS（LVCMOS），低壓，正電源發(fā)射極耦合邏輯（LV-PECL差分晶振），低壓差分信號（LVDS）和/或高速電流控制邏輯（HCSL）。輸出邏輯類型主要與給定應(yīng)用類型內(nèi)的處理設(shè)備的邏輯接口的輸出頻率和/或通用性有關(guān)。例如，PCIeSYSCLK的主要邏輯類型是HCSL。

晶體振蕩器輸出邏輯兼容性通常滯后于處理器件邏輯的開發(fā)6到12個(gè)月，有時(shí)甚至更長。邏輯翻譯器在過渡期間使用。其中一個(gè)例子是轉(zhuǎn)換最小化差分信號（TMDS）。TMDS用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的某些應(yīng)用（例如：HDMI），但目前不能作為石英振蕩器輸出邏輯的選擇。輸出邏輯類型的重要性在于通過將晶體振蕩器（和任何附加輸出轉(zhuǎn)換設(shè)備）連接到處理設(shè)備而引入的“接口抖動(dòng)”的貢獻(xiàn)。通常，具有最快轉(zhuǎn)換時(shí)間（例如，上升/下降時(shí)間）到“眼圖”的邏輯類型將導(dǎo)致最低的接口抖動(dòng)。

選擇最佳CLK時(shí)鐘源設(shè)備。

無論性能規(guī)范，規(guī)范要求或特定的PHY芯片組/執(zhí)行方法如何，最重要的規(guī)范都是實(shí)現(xiàn)的成本效益。所有商業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)都滿足所有性能要求，但總成本高于市場要求，沒有任何價(jià)值。

所有高質(zhì)量的差分晶體振蕩器提供商都在其數(shù)據(jù)表中發(fā)布的抖動(dòng)生成規(guī)范中包含一定數(shù)量的保護(hù)頻帶。由于有充分的理由，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還在其要求的規(guī)范中包含了一定數(shù)量的保護(hù)頻帶，因此與信譽(yù)良好的晶體振蕩器制造商合作可能會(huì)導(dǎo)致雙重保護(hù)帶，因此會(huì)產(chǎn)生過高的解決方案成本。為了有助于指定合適的晶體振蕩器而不增加過多的保護(hù)帶和成本，表1顯示了當(dāng)今最流行的數(shù)據(jù)/通信應(yīng)用。

在Pletronics晶振，我們提供的解決方案包含所提到的每種技術(shù)：高頻晶體基波，泛音，整數(shù)N和分?jǐn)?shù)N.執(zhí)行每個(gè)產(chǎn)品以向客戶提供最具成本效益和性能的解決方案。表1列出了當(dāng)今每種最流行的串行數(shù)據(jù)通信所使用的技術(shù)。表2包含可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)物料清單上調(diào)出的特定部件號。與任何市場領(lǐng)先的公司一樣，Pletronics晶振產(chǎn)品也在不斷發(fā)展，努力使我們的客戶保持競爭優(yōu)勢。

SYSCLK起源方法

基本的“無褶邊”差分晶體振蕩器采用石英晶體，并與簡單的電路一起使用，以在晶體的基本模式下運(yùn)行，并創(chuàng)建方波輸出。該架構(gòu)為峰峰值和RMS抖動(dòng)提供了最佳性能，并且在頻率高達(dá)50Mhz時(shí)通常是最具成本效益的。為了以盡可能低的抖動(dòng)達(dá)到更高的頻率，使用稱為高頻基波（“HFF”）的技術(shù)?？梢允咕w以其泛音模式之一振動(dòng)，這發(fā)生在基本諧振頻率的奇數(shù)倍數(shù)附近。這種晶體被稱為第3，第5，第7......等泛音（“OT”）晶體。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，振蕩器電路通常包括額外的設(shè)計(jì)元件以選擇所需的泛音。相關(guān)地，在典型應(yīng)用中可以有效地執(zhí)行使晶體在其第三泛音上工作以達(dá)到高達(dá)3x50Mhz=150Mhz的頻率的架構(gòu)。

更高泛音的操作需要更復(fù)雜的電路，并且一些晶振公司正致力于增加石英晶體基本和第三泛音諧振技術(shù)，以支持例如70.8333Mhzx3=212.500Mhz的10Gb光纖通道。這些努力的重點(diǎn)是提供最低的抖動(dòng)主時(shí)鐘性能-隨著數(shù)據(jù)總線速度的不斷提高而需要。盡管如此，該技術(shù)仍處于高級階段，并非所有晶體振蕩器供應(yīng)商都能輕易獲得。

已經(jīng)成功使用的另一種技術(shù)是集成整數(shù)乘法器。在這些器件中，通過將輸入信號鎖定到以晶體頻率的直接整數(shù)倍（2x，3x，4x......等）運(yùn)行的集成壓控晶振，然后二進(jìn)制分頻回到所需的op-，可以提高頻率。降低頻率?？梢圆捎玫牧硪环N方法是諧波乘法。這在技術(shù)上類似于晶體泛音利用，不同之處在于來自差分晶振（不是晶體）的輸出信號乘以整數(shù)值。除了在電路集成中產(chǎn)生的損耗和其他折衷之外，抖動(dòng)性能比直接（即泛音模式的晶體基本）頻率產(chǎn)生的因子20LogN（其中N是整數(shù)倍增因子）惡化。因此，雖然基頻，諧波和/或諧波頻率的產(chǎn)生是可能的，但與集成的整數(shù)乘法相比，這些技術(shù)通常成本和復(fù)雜性都是過高的，這可以滿足抖動(dòng)要求，盡管余量較小。為了避免任何不必要的成本溢價(jià)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)裕度期間需要關(guān)注的是計(jì)算輸出信號抖動(dòng)的特定帶寬。

所使用的第三種技術(shù)被稱為集成的“分?jǐn)?shù)N”乘數(shù)。這是輸入信號的頻率可以轉(zhuǎn)換成幾乎任何其他相關(guān)的頻率-整數(shù)的地方。例如，25Mhz貼片晶振頻率可以通過25.78125的分?jǐn)?shù)乘法轉(zhuǎn)換為644.53125Mhz。由于超出本文預(yù)期目的和深度的原因，這會(huì)導(dǎo)致最大量的信號抖動(dòng)。同樣，它對于某些系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠，并且在215Mhz以上的頻率下使用是最具成本效益的。

表2-PLANTRONICS部件號

4.其他供電電壓可用

5.可提供25ppM的頻率穩(wěn)定性

晶振行業(yè)雖然發(fā)展了有一百多年，但差分晶振幾十年前才開始研發(fā)出來，近幾年開始興起，以上資料是美國Pletronics晶振公司提供，這家公司成立了也有一些年頭，這兩天一直在鉆研差分晶振的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，力求讓差分的型號成本降低，性能提升，實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)，推動(dòng)使用數(shù)量增加。這個(gè)目標(biāo)正在一步步實(shí)現(xiàn)，這不僅是Pletronics的責(zé)任，也是整個(gè)晶振行業(yè)的發(fā)展的一個(gè)新階段。