差分晶振的输出波形解析:三种类型要知道

图灵汇官网

目前,差分晶振的输出波形主要分为三种类型:正弦波、方波以及准正弦波。在实际应用中,方波是最常见的输出形式,因其具备较高的输出功率和较强的驱动能力,但同时也会产生较多的谐波成分。

差分晶振有两种输出模式,这两种模式的输出逻辑相位相反,这不仅能够提升系统的整体性能,还能有效消除共模噪声。这种输出方式如PECL、LVDS和HCSL,能够满足高速数据传输的需求,在高速计算机、数字通信系统、雷达、测量仪器以及频率合成器等领域有着广泛应用。

第一种类型:正弦波

许多人可能误以为晶振的输出波形只有两种形式,即无源晶振输出正弦波,而有源晶振则输出方波,但事实上还存在少量的正弦波输出。由于有源晶振内部集成了整形电路,因此其输出通常为方波,正弦波的应用较少。实际上,大多数情况下我们观察到的所谓“正弦波”其实是由于示波器带宽不足所导致的现象。例如,当使用带宽较低的示波器测量20MHz的有源晶振时,可能会显示出正弦波的形态。这是因为方波由基频和奇次谐波组成,若示波器带宽不够,则会丢失高频成分,仅显示基频信号。为了准确再现方波,示波器至少需要具备10倍于输出频率的带宽,否则无法准确展示方波的真实形态。

第二种类型:方波

方波广泛应用于数字通信系统的时钟控制,它能有效地驱动纯计数电路或门电路。方波的关键特性包括输出电平、占空比、上升/下降时间及驱动能力等。相比之下,正弦波更多地被用于对电磁干扰(EMI)敏感的电路中,这类电路要求输出信号中的高次谐波分量尽可能少。此外,模拟电路中也经常选择使用正弦波,因为它能更好地抑制噪声。对于有源晶振而言,其频率输出需基于特定的波形作为载波,并且波形输出时必须考虑负载的影响。如果负载不合适,可能会导致晶振或相关模块工作异常,甚至损坏设备。

第三种类型:准正弦波

准正弦波是一种介于正弦波与方波之间的波形,从接近方波的形状到更接近理想正弦波的圆角梯形波。其中,PECL(正射极耦合逻辑)是一种高速逻辑电路,具有速度快、驱动能力弱、噪声低、频率高等特点,但同时也存在功耗较高的问题。为了适应不同的供电需求,PECL可以通过降低工作电压(如3.3V或2.5V)转变为LVPECL(低压正射极耦合逻辑)。LVDS(低压差分信号)则凭借其高速、低噪声、远距离传输的优势解决了上述问题,其最大输出频率可达2.1GHz,工作电压范围为1.8至3.3V。HCSL(高速电流模式逻辑)虽然具有较低的输出抖动,但其功耗相对较高。

本文来源: 图灵汇 文章作者: 汉诺威展览