【導(dǎo)讀】以智能制造開啟“中國制造2025”——智能制造的技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用已成為我國工業(yè)政策制定、科技創(chuàng)新規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)資源配置的重點(diǎn)領(lǐng)域。根據(jù)河南省《中國制造2025河南行動(dòng)綱要》正式發(fā)布，《2025河南行動(dòng)綱要》圍繞推動(dòng)制造業(yè)集群化、智能化、綠色化、服務(wù)化發(fā)展和全面提升制造業(yè)整體實(shí)力，從深入實(shí)施開放帶動(dòng)戰(zhàn)略、培育優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群等八個(gè)方面提出了主要工作任務(wù)。
選擇合適的振蕩器通常需要權(quán)衡多個(gè)因素。本文將簡單闡述影響振蕩器最關(guān)鍵的八大參數(shù)。
選擇電子元件時(shí)，你首先考慮的是什么？很有可能是處理器或系統(tǒng)的其它核心元件。定時(shí)器件可能是浮現(xiàn)在你腦海中的最后一樣?xùn)|西，盡管時(shí)鐘信號(hào)是系統(tǒng)中所有信號(hào)賴以存在的“心跳”。
為應(yīng)用選擇正確工作頻率的定時(shí)器件可能看起來很簡單，不過仍然有許多影響系統(tǒng)性能的因素需要考慮。那么，最重要的參數(shù)和注意事項(xiàng)是什么？下文將對振蕩器的主要參數(shù)及其重要性做簡要概述。
1. 頻率
振蕩器的最基本參數(shù)是頻率，即振蕩器輸出信號(hào)的重復(fù)率（周期）。頻率以赫茲（Hz）為單位，即每秒所包含的周期數(shù)。目前，SiTime的振蕩器可為低功耗器件提供低至1Hz的頻率，同時(shí)也支持高至725MHz的器件。SiTime振蕩器的頻率可在其頻率范圍內(nèi)進(jìn)行編程，精確到小數(shù)點(diǎn)后六位。
2. 頻率穩(wěn)定性
頻率穩(wěn)定性是振蕩器的基本性能指標(biāo)之一，參考額定輸出頻率通常以百萬分率（parts per million，ppm）或十億分率（parts per billion，ppb）計(jì)。它表示外部條件導(dǎo)致的輸出頻率與理想值的偏差。因此，穩(wěn)定性數(shù)值越小，性能越好。
不同振蕩器類別，影響頻率穩(wěn)定性的外部條件可能不同，但通常包括溫度變化以及在25°C時(shí)測量的初始補(bǔ)償。同時(shí)還可能包括隨時(shí)間變化的頻率老化、頻率偏移、電源電壓變化和輸出負(fù)載變化等電氣條件。
3. 抖動(dòng)和相位噪聲
相位噪聲及在時(shí)域下測量的抖動(dòng)的重要度，通常被認(rèn)為是繼振蕩器頻率穩(wěn)定性之后的性能指標(biāo)。相位噪聲和抖動(dòng)與系統(tǒng)性能直接相關(guān)，會(huì)影響串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的誤碼率（bit-error-ratio，BER）等參數(shù)。相位噪聲和抖動(dòng)是量化時(shí)鐘信號(hào)噪聲的兩種方法。相位噪聲用來測量頻域內(nèi)的時(shí)鐘噪聲；抖動(dòng)則是用來測量時(shí)域內(nèi)噪聲對時(shí)鐘的影響。
由于抖動(dòng)和相位噪聲是影響系統(tǒng)時(shí)序誤差的主要因素，因此在評估總時(shí)序預(yù)算時(shí)，需充分考慮時(shí)鐘噪聲。這并不是一件簡單的事情。并非所有振蕩器廠商都會(huì)以相同的方式指定抖動(dòng)。抖動(dòng)要求因應(yīng)用而異，頻域內(nèi)測量的集成相位抖動(dòng)分別有不同類型的抖動(dòng)和不同的集成范圍。
4. 輸出信號(hào)格式
芯片組供應(yīng)商可以為定時(shí)芯片指定所需的輸出信號(hào)模式。輸出類型分為兩類：單端或差分。單端振蕩器成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，但也有局限性。例如它們對電路板噪聲比較敏感，因此通常更適合166MHz以下的頻率。LVCMOS（Low-voltage CMOS）是最常見的單端輸出類型，可以軌到軌擺動(dòng)。
差分信號(hào)相對來說則是一種更昂貴的選擇，但其性能更好，是高頻應(yīng)用的首選。由于差分走線常見的所有噪聲都將被消除，因此此模式對外部噪聲不那么敏感，會(huì)產(chǎn)生較低的抖動(dòng)和電磁干擾（EMI）。最常用的差分信號(hào)類型包括LVPECL、LVDS和HCSL。
5. 電源電壓
電源電壓，以伏特（V）為單位，是操作振蕩器所需的輸入電源。電源電壓通過VDD引腳為振蕩器供電，因此有時(shí)也被稱為VDD。單端振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)電壓包括1.8V、2.5V和3.3V。現(xiàn)代差分振蕩器的電壓通常介于2.5V和3.3V之間。
6. 電源電流
電源電流是指振蕩器的最大工作電流，以微安（μA）或毫安（mA）為單位，在最大電壓或標(biāo)稱電壓下進(jìn)行測量。典型電源電流是在沒有負(fù)載的情況下測量的。
7. 工作溫度范圍
工作溫度范圍規(guī)定了器件預(yù)期工作的環(huán)境溫度，需符合數(shù)據(jù)規(guī)格。常見的溫度范圍是： - 商業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)4級(jí)：0至+70°C - 商業(yè)擴(kuò)展級(jí)：-20至+70°C - 工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)3級(jí)：-40至+85°C - 工業(yè)擴(kuò)展級(jí)，車規(guī)級(jí)2級(jí)：-40至+105°C - 車規(guī)級(jí)1級(jí)：-40至+125°C - 軍工級(jí)：-55至125°C - 車規(guī)級(jí)0級(jí)：-40至150°C
8. 封裝
振蕩器通常采用金屬、陶瓷或塑料封裝技術(shù)，采用多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝尺寸。焊盤（引腳）的排列可能因供應(yīng)商而異，但x-y的整體尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的。通常有四個(gè)引腳的單端振蕩器的常見封裝尺寸包括： - 2016：2.0 x 1.6 mm - 2520：2.5 x 2.0 mm - 3225：3.2 x 2.5 mm - 5032：5.0 x 3.2 mm - 7050：7.0 x 5.0 mm
差分振蕩器有六個(gè)引腳，通常采用較大的3225、5032和7050封裝尺寸。
一些專用振蕩器，如恒溫控制式晶體振蕩器（OCXO），采用的封裝尺寸要大得多。通常為25.4 x 25.4mm，范圍從9.7 x 7.5mm到135 x 72mm。
振蕩器的封裝類型豐富
其它參數(shù)
本文中所列出的八項(xiàng)參數(shù)是設(shè)計(jì)人員在選擇振蕩器時(shí)最常用的規(guī)格參數(shù)。但是根據(jù)應(yīng)用的不同，有時(shí)還需考慮許多其它參數(shù)和功能。這些參數(shù)包括降低EMI特性、頻率微調(diào)的拉動(dòng)范圍、啟動(dòng)時(shí)間和質(zhì)量/可靠性等。
對于高性能應(yīng)用，除了保證基本的頻率穩(wěn)定性之外，還應(yīng)考慮其它額外的穩(wěn)定性相關(guān)規(guī)格要求。比如老化、頻率與溫度的斜率（ΔF/ΔT）、熱滯后、阿倫方差（Allan deviation）、哈達(dá)瑪方差（Hadamard Variance）、保持特性（holdover）和重現(xiàn)性（retrace）等。
