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8 个最重要（也是基本）的振荡器参数

选择电子元件时您首先想到的是什么？很可能是处理器或系统的其他核心部件。尽管时钟提供了系统中所有信号所依赖的心跳，但计时组件可能是您最不关心的事情。

需要考虑的 8 种振荡器设置

选择这些重要的计时组件可能看起来是一个简单的过程，但需要考虑许多影响系统性能的因素。那么最重要的规格和考虑因素是什么？以下是顶级振荡器参数及其重要性的简短列表。当然，还有更多细节需要考虑，因此我们创建了一个深入的术语表，涵盖了更广泛的振荡器特性。

频率

任何振荡器最基本的参数是频率。它是振荡器输出信号的重复率（周期），以每秒赫兹 (Hz) 为单位进行测量。 SiTime 振荡器的频率可低至 1 Hz（适用于低功耗设备）和高达 725 MHz。 SiTime 振荡器的频率在此范围内可编程至 6 位小数精度。使用自定义频率可以优化系统性能。频率可以由 SiTime 在工厂进行编程，也可以由主要经销商进行编程，或者在客户实验室中使用振荡器编程器进行小批量编程。

频率稳定性

频率稳定性是振荡器的基本性能指标。它通常以百万分之一 (ppm) 或十亿分之一 (ppb) 表示，以标称输出频率为参考。表示由于外界条件造成的输出频率的偏差；因此，稳定性数字越小意味着性能越好。对于不同的振荡器类别，外部条件的定义可能有所不同，但通常包括温度变化和 25 ° C 时的初始偏移。它还可能包括随时间的频率老化、焊接频移，并且可能包括电源电压变化等电气条件和输出负载变化。

输出信号格式

芯片组供应商可能会指定时序芯片所需的输出信号模式，或者系统设计人员可能有一些回旋余地。输出类型分为两类：单端或差分。单端振荡器成本较低且更易于实现，但它们也有局限性。它们对电路板噪声有些敏感，因此通常更适合低于 166 MHz 的频率。 LVCMOS 是最常见的单端输出类型，采用轨到轨摆动。 SiTime 还提供 NanoDrive™ 输出，与 LVCMOS 类似，但具有低至 200 mV 的可编程输出摆幅，以满足下游芯片的输入要求，并最大限度地降低功耗。

差分信号是一种更昂贵的选择，但它可以实现更好的性能，并且是高频应用的首选。由于两条差分走线共有的任何噪声都将被清零，因此该模式对外部噪声不太敏感，并且产生较低水平的抖动和 EMI。最常用的差分信号类型是 LVPECL、LVDS 和 HCSL。

电源电压

电源电压（以伏特 (V) 为单位）是运行振荡器所需的输入功率。电源电压通过 VDD 引脚为振荡器供电，有时也称为 VDD。单端振荡器的标准电压包括 1.8、2.5 和 3.3V。现代差分振荡器的电压范围通常为 2.5 至 3.3V。 SiTime 提供工作电压低至 1.2V 的振荡器，适用于纽扣电池或超级电容备用电池等稳压电源应用。大多数 SiTime 振荡器系列的电源电压都是可编程的，这减少了对电平转换器或稳压器等外部组件的需求。

电源电流

电源电流是振荡器的最大工作电流。它以微安 (μA) 或毫安 (mA) 为单位在最大电源电压（有时为标称电源电压）下测量。典型电源电流是在无负载的情况下测量的。

工作温度

工作温度范围是数据表中指定的所有振荡器参数的温度跨度。下面列出了常见的温度范围。

• 商业、汽车 4 级：0 ° C 至 70 ° C
• 扩展商业：-20 ° C 至 70 ° C
• 工业、汽车 3 级：-40 ° C 至 85 ° C
• 扩展工业、汽车 2 级：-40 ° C 至 105 ° C
• 汽车1级：-40 ℃至125 ℃
• 军用：-55 ℃至125 ℃
• 汽车0级：-40 ℃至150 ℃

套餐

振荡器通常采用金属、陶瓷或塑料封装。它们具有多种行业标准封装尺寸。焊盘（引脚）排列可能因供应商而异，但总体 xy 尺寸是标准化的。以下列出了单端振荡器的常见振荡器封装尺寸，通常有 4 个引脚。差分振荡器有 6 个引脚，通常采用较大的封装：3225、5032 和 7050。

• 2016 ：2.0 x 1.6 毫米
• 2520：2.5×2.0毫米
• 3225：3.2 x 2.5 毫米
• 5032：5.0 x 3.2 毫米
• 7050：7.0 x 5.0 毫米

一些专用振荡器（例如 OCXO）采用更大的封装，尺寸通常为 25.4 x 25.4 mm，但范围可以从 9.7 x 7.5 mm 到 135 x 72 mm。

除了这些标准封装尺寸之外，SiTime 还提供了几种独特的封装来解决困难的设计挑战。一种是微型 1508 (1.5 mm x 0.8 mm) 芯片级封装 (CSP)，这是现有的最小振荡器封装。另一种选择是带引线的 SOT23-5 封装，适用于在电路板组装过程中需要更高板级可靠性和更轻松的目视检查的应用。

抖动

抖动是一个重要参数，特别是对于数字通信应用。它是与理想时钟信号的短期偏差，以皮秒 (ps) 或纳秒 (ns) 为单位。由于抖动可能是系统时序误差的主要原因之一，因此在评估总时序预算时考虑振荡器抖动至关重要。这不一定是一件简单的事情。振荡器制造商并不都以相同的方式指定抖动。抖动要求因应用而异，并且抖动有多种类型，并且在频域中测量的积分相位抖动的积分范围也不同。为了帮助解决这个问题，我们的术语表包含了周期间 (C2C) 抖动、积分相位抖动 (IPJ)、长期抖动、周期抖动和相位噪声的定义。我们的 时钟抖动定义和测量方法应用说明提供了更多信息。

其他参数

上面列出的八个参数是选择振荡器时最常用的因素。但根据应用程序的不同，可能还有更多需要考虑的重要特性和功能。其中包括 EMI 降低功能、微调频率的拉动范围选项、启动时间和质量/可靠性（Q、DPPM、MTBF、FIT 率）。

对于高性能应用，除了基本频率稳定性之外，还需要考虑许多与稳定性相关的附加规范。这些包括老化、频率与温度斜率 ( ΔF/ΔT) 、热滞后、 Allan 偏差、 Hadamard 方差、保持和回扫。

要了解这些参数及更多信息，请参阅我们的 术语表——最广泛的振荡器定义指南之一。

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感谢 SiTime 客户工程总监 Jim Holbrook 对本文的贡献。