差分晶振是一種有源晶體振蕩器，通過將晶體振蕩器中的振蕩信號分成兩個相位相反的輸出信號，并通過差分放大電路進行放大和處理，產生穩(wěn)定的差分輸出信號。差分晶振具有較好的抗干擾能力，能提供更穩(wěn)定、更精確的時鐘信號，廣泛應用于通信網絡、數據中心、汽車電子、工業(yè)自動化、測試測量、醫(yī)療設備等領域。
圖1 差分晶振
差分晶振常用輸出模式
1）LVPECL模式
LVPECL (Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic，低電壓正發(fā)射極耦合邏輯）是主要的差分輸出之一。它通過避免晶體管飽和，實現更快的開關速度，并配備恒定電流源驅動器。由于大電壓擺動（通常為600-1000mV），LVPECL具有卓越的抖動性能，從而輸出低噪聲信號，適用于PON、顯卡、光模塊、智能網卡等。
圖2 LVPECL模式輸出結構
LVPECL由PECL（Positive Emitter-Coupled Logic，使用5V電源的正發(fā)射極耦合邏輯電路）演變而來。PECL電路的輸出結構包含一個差分對管和一對射隨器。輸出射隨器在正電源范圍內工作，直流電流始終存在，有利于提高開關速度，保持較快的關斷時間。LVPECL的標準輸出是通過50Ω上拉至（VCC-2V）的電平，如圖2所示。
2）LVDS模式
LVDS （Low Voltage Differential Signaling）可同時提供低功耗和低電磁干擾 (EMI)組合，由于電壓擺幅較小（通常為350mV），相比LVPECL差分輸出模式功耗更低，負載阻抗為100Ω的差分線上的電流一般不超過4mA，使其不易受噪聲影響，在音視頻處理器、服務器、路由器和交換機等應用中非常重要。
圖3 LVDS模式輸出結構
LVDS是一種低擺幅的差分信號技術，它使得信號能夠在差分PCB 線對或平衡電纜上以百Mbps的速率傳輸，其低電壓幅度、低電流驅動輸出使其具備低噪聲、低功耗的特性。LVDS標準輸出負載為差分形式，阻抗為100Ω，如圖3所示。
3）HCSL模式
HCSL是一種高速差分信號，通常在較低的電壓水平工作，在90年代末開始用于高速串行計算機擴展總線標準(PCI Express)參考時鐘。其特點包括極低的抖動和功耗，使得該類晶振廣泛應用于系統(tǒng)內部的高速串行通信、時鐘分配和數據通路等對速度、功耗、性能要求高的場景。
圖4 HCSL模式輸出結構
差分晶振的優(yōu)勢
差分晶振的優(yōu)勢主要體現在：
1）抗干擾能力高：
差分晶振采用差分方式進行信號生成，在輸入和輸出引腳之間使用差分信號傳輸，對環(huán)境中的電磁干擾具有較強的抵抗能力。相對于單端晶振，差分晶振可通過正負極性的相互抵消，削弱噪聲干擾對時鐘信號的影響。
2）時鐘抖動?。?/strong>
能夠有效減少時鐘信號的抖動，提升信號的穩(wěn)定性和精度，進而增強系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性。
3）改善時鐘信號傳輸質量：
可以在時鐘信號傳輸過程中提供更高的信號品質，能夠減少共模噪聲的影響，有效降低信號傳輸的損耗和失真，提高信號傳輸的可靠性和穩(wěn)定性。
4）增加噪聲容限：
可以增加時鐘信號的噪聲容限，提供更大的時鐘信號幅度，降低時鐘信號的失真和抖動，有助于保持信號的完整性和準確性。
差分晶振的應用
差分晶振憑借其優(yōu)勢，應用于多個領域：
通信系統(tǒng)：應用于無線通信、網絡設備及傳輸系統(tǒng)，確保時鐘信號與頻率參考的穩(wěn)定性，從而提升數據傳輸的精確性與可靠性。
數據中心設備：服務器與數據存儲等設備中，差分晶振提供精確的時鐘同步與數據傳輸，保障計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與數據準確性。
汽車電子：為發(fā)動機控制、車載娛樂與導航系統(tǒng)等提供精確的時鐘與頻率控制，確保汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠。
工業(yè)自動化：在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，包括PLC、機器人及傳感器等，差分晶振提供穩(wěn)定的時鐘信號與精確的時間測量，保證系統(tǒng)的精度與可靠性。
測試測量設備：應用于其中的時鐘、計數器、頻率計等，確保測試結果的準確與穩(wěn)定。
醫(yī)療設備：為時鐘與數據采集電路提供準確穩(wěn)定的支持，確保醫(yī)療數據的準確可靠。
大普技術的差分晶振融合自主研發(fā)的先進IC與高品質晶片，不僅性能指標卓越，還依托持續(xù)的創(chuàng)新迭代能力，確保技術的先進性和適用的廣泛性。通過精細的電源管理和優(yōu)化的電路設計，大普差分晶振在保持高性能的同時，實現了成本的有效控制和供應鏈的堅固穩(wěn)定，為用戶提供極具競爭力的選擇。
圖5 大普技術差分晶振產品系列
在高速數據傳輸領域，數字信號處理器（DSP）的參考時鐘頻點一般為156.25MHz，其內部通過鎖相環(huán)（PLL）將此基頻倍頻，生成與數據轉換速率匹配的時鐘信號，同時對差分晶振的應用提出了小型化、低功耗（不超過100mA）等需求。大普面向市場，提供性能優(yōu)異的解決方案，156.25MHz差分晶振不僅支持3225、2520主流封裝尺寸，而且功耗低至80mA以下，若DSP的電壓擺幅允許，大普還可提供功耗更低的LVDS輸出版本，進一步滿足市場對節(jié)能高效產品的需求。
圖6 156.25MHz差分晶振在光模塊中的應用
以全面的頻率覆蓋、多樣的輸出選項、卓越的溫控穩(wěn)定性、低功耗特性和超低抖動表現，大普差分晶振展現出在不同應用場景下的高度靈活性和可靠性，廣泛應用于SONET/SDH、千兆以太網、串行ATA、PCI-Express、存儲區(qū)域網絡、光纖通道、工業(yè)控制器、測試與測量、光纖通道和通信等領域。隨著AI算力等技術的不斷進步，大普差分晶振將在更廣泛的領域內得到應用，助力人工智能產業(yè)的蓬勃發(fā)展。
大普技術在時頻領域深耕細作近二十年，已搭建覆蓋全等級高穩(wěn)時鐘（Crystal、SPXO、TCXO、OCXO、Clock Module、Timing Server）、多品種時鐘芯片的全時鐘產品鏈（RTC、BUFFER、1588、All-Silicon OSC等芯片），能夠提供一站式時鐘解決方案。大普產品從研發(fā)、生產、終測到交付，全程實現自主控制，是全球少數具備規(guī)模化提供高穩(wěn)時鐘產品與整體時鐘解決方案能力的廠商之一。
未來，大普技術將繼續(xù)深化技術創(chuàng)新，推動時鐘產品智能化，緊隨人工智能、物聯網、5G等科技浪潮，以精準、高效時鐘解決方案賦能各行各業(yè)，共筑穩(wěn)定可靠的未來世界，為用戶創(chuàng)造更大價值！
