石英晶体振荡器的输出模式介绍

2017-03-08 来源:天奥电子·器件事业部 我要评论(0) 字号:

摘要

我们在选择和购买石英晶体振荡器时,或者在看厂商所提供的晶振规格书时,都会有输出模式(Output Type)或输出波形这个指标。经常看到的输出模式有CMOS、TTL、Sine Wave等等,这些输出模式代表的是什么意思呢?我们在选购时,究竟又该如何正确选择呢?下面带领大家去了解一下晶体振荡器的各种输出模式。

1、晶振各输出模式的定义

晶振常用的输出模式主要包括:TTL、CMOS、ECL、PECL、LVDS、Sine Wave。这几种波形都是目前行业常用的波形。其中TTL、CMOS、ECL、PECL、LVDS均属于方波,Sine Wave属于正弦波。通常,方波输出功率大,驱动能力强,但谐波分量丰富;正弦波输出功率不如方波,但其谐波分量小很多。我们逐一给大家介绍一下这些输出模式的定义:

(1)TTL:Transistor-Transistor Logic(晶体管-晶体管逻辑电路),传输延迟时间快、功耗高, 属于电流控制器件。

(2)CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor (互补金属氧化物半导体CMOS逻辑电路),传输延迟时间慢、功耗低,属于电压控制器件。CMOS相对TTL有了更大的噪声容限,输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL,出现了LVCMOS,可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。HCMOS采用全静态设计、高速互补金属氧化物半导体工艺,CMOS采用互补金属氧化物半导体。CMOS最终将会被HCMOS所替代。

(3)ECL:Emitter-Couple Logic(发射极耦合逻辑电路),该电路的特点是基本门电路工作在非饱和状态。ECL电路具有相当高的速度,平均延迟时间可达几个毫微秒甚至亚毫微秒数量级。ECL电路的逻辑摆幅较小(仅约0.8V ,而TTL 的逻辑摆幅约为2.0V),当电路从一种状态过渡到另一种状态时,对寄生电容的充放电时间将减少,这是ECL电路具有高开关速度的重要原因。但ECL输出的逻辑摆幅小,对抗干扰能力不利。另外ECL电路具有很高的输入阻抗和低的输出阻抗。

(4)PECL:Positive Emitter-Couple Logic(正发射极耦合逻辑电路)。ECL电路速度快,驱动能力强,噪声小,很容易达到几百MHz的应用,但是功耗大,需要负电源。为简化电源,出现了PECL(ECL结构,改用正电压供电)和LVPECL的输出模式。LVPECL即是Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic(低压正发射极耦合逻辑),LVPECL是由ECL和PECL发展而来,LVPECL的典型输出为一对差分信号,他们的射极通过一个交流源接地。ECL、PECL、LVPECL使用时应注意:不同电平不能直接驱动,中间可用交流耦合、电阻网络或专用芯片进行转换。以上三种均为射随输出结构,必须有电阻拉到一个直流偏置电压。(如多用于时钟的LVPECL:直流匹配时用130欧上拉,同时用82欧下拉;交流匹配时用82欧上拉,同时用130欧下拉,但两种方式工作后直流电平都在1.95V左右。)

(5)LVDS:Low-Voltage Differential Signaling(低电压差分信号),为差分对输入输出,内部有一个恒流源3.5~4mA,在差分线上改变方向和电平来表示“1”和“0”。通过外部的100欧匹配电阻(并接在差分线上靠近接收端)转换为±350mV的差分电平。LVDS使用注意:可以达到600MHz以上,PCB要求较高,差分线要求严格等长,差最好不超过10mil(0.25mm);100欧电阻离接收端距离不能超过500mil,最好控制在300mil以内。LVDS的应用模式可以有三种形式:①单向点对点和双向点对点,能通过一对双绞线实现双向的半双工通信;②多分支形式,即一个驱动器连接多个接收器(当有相同的数据要传给多个负载时,可以采用这种应用形式);③多点结构,此时多点总线支持多个驱动器,也可以采用BLVDS驱动器,它可以提供双向的半双工通信,但是在任一时刻,只能有一个驱动器工作,因而发送的优先权和总线的仲裁协议都需要依据不同的应用场合,选用不同的软件协议和硬件方案。

(6)Clipped Sine Wave:削顶正弦波(Clipped Sine Wave)。相比方波的谐波分量少很多,但驱动能力较弱,在负载10K//10PF时Vp-p为0.8Vmin。通常为SMD 7050、SMD5032、SMD3225等封装的表贴温补晶振使用的输出波形。

(7)Sin Wave:通常晶振正弦波输出的负载阻抗为50欧姆。波形的谐波分量很小,一般谐波抑制都优于-30dBc。正弦波输出晶振通常用于射频信号处理、频率源等应用场合。

2、晶振几种输出波形的区别

了解了这些定义后,目前根据实际使用情况来说,TTL由于功耗过高,基本都是不选用了,我们在这里不再对TTL进行过多的分析了。下面,我们通过输出波形的实际测试结果,来看看几种方波输出波形的区别:

(1)CMOS:

(2)LVPECL (@2.5V):

(3)LVPECL@3.3V:

(4)LVDS:

3、晶振几种输出波形的测试电路

通过上述各输出模式的波形的输出,我们也可以从中看出当中的区别,下面我们来讲述一下各电路的测试电路:

(1)CMOS输出测试电路:

(2)LVPECL输出(@2.5V)测试电路:

(3)LVPECL输出@3.3V测试电路:

(4)LVDS输出(@2.5V)测试电路:

(5)LVDS输出(@3.3V)测试电路:

通过以上分析,相信大家对各输出模式的区别有了一定的了解。当然,如果还有更多的信息想要了解,可与我公司进行联系,相信我司的工程师会全力为贵单位提出全面的解决方案及更好的使用建议。

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