摘要

我們在選擇和購買石英晶體振蕩器時，或者在看廠商所提供的晶振規(guī)格書時，都會有輸出模式（Output Type）或輸出波形這個指標(biāo)。經(jīng)常看到的輸出模式有CMOS、TTL、Sine Wave等等，這些輸出模式代表的是什么意思呢？我們在選購時，究竟又該如何正確選擇呢？下面帶領(lǐng)大家去了解一下晶體振蕩器的各種輸出模式。

1、晶振各輸出模式的定義

晶振常用的輸出模式主要包括：TTL、CMOS、ECL、PECL、LVDS、Sine Wave。這幾種波形都是目前行業(yè)常用的波形。其中TTL、CMOS、ECL、PECL、LVDS均屬于方波，Sine Wave屬于正弦波。通常，方波輸出功率大，驅(qū)動能力強(qiáng)，但諧波分量豐富；正弦波輸出功率不如方波，但其諧波分量小很多。我們逐一給大家介紹一下這些輸出模式的定義：

（1）TTL：Transistor-Transistor Logic（晶體管-晶體管邏輯電路），傳輸延遲時間快、功耗高， 屬于電流控制器件。

（2）CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor （互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS邏輯電路），傳輸延遲時間慢、功耗低，屬于電壓控制器件。CMOS相對TTL有了更大的噪聲容限，輸入阻抗遠(yuǎn)大于TTL輸入阻抗。對應(yīng)3.3V LVTTL，出現(xiàn)了LVCMOS，可以與3.3V的LVTTL直接相互驅(qū)動。HCMOS采用全靜態(tài)設(shè)計、高速互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，CMOS采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。CMOS最終將會被HCMOS所替代。

（3）ECL：Emitter-Couple Logic（發(fā)射極耦合邏輯電路），該電路的特點(diǎn)是基本門電路工作在非飽和狀態(tài)。ECL電路具有相當(dāng)高的速度，平均延遲時間可達(dá)幾個毫微秒甚至亞毫微秒數(shù)量級。ECL電路的邏輯擺幅較小（僅約0.8V ，而TTL 的邏輯擺幅約為2.0V），當(dāng)電路從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)時，對寄生電容的充放電時間將減少，這是ECL電路具有高開關(guān)速度的重要原因。但ECL輸出的邏輯擺幅小，對抗干擾能力不利。另外ECL電路具有很高的輸入阻抗和低的輸出阻抗。

（4）PECL：Positive Emitter-Couple Logic（正發(fā)射極耦合邏輯電路）。ECL電路速度快，驅(qū)動能力強(qiáng)，噪聲小，很容易達(dá)到幾百M(fèi)Hz的應(yīng)用，但是功耗大，需要負(fù)電源。為簡化電源，出現(xiàn)了PECL（ECL結(jié)構(gòu)，改用正電壓供電）和LVPECL的輸出模式。LVPECL即是Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic（低壓正發(fā)射極耦合邏輯），LVPECL是由ECL和PECL發(fā)展而來，LVPECL的典型輸出為一對差分信號，他們的射極通過一個交流源接地。ECL、PECL、LVPECL使用時應(yīng)注意：不同電平不能直接驅(qū)動，中間可用交流耦合、電阻網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ?a target="_blank">芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。以上三種均為射隨輸出結(jié)構(gòu)，必須有電阻拉到一個直流偏置電壓。（如多用于時鐘的LVPECL：直流匹配時用130歐上拉，同時用82歐下拉；交流匹配時用82歐上拉，同時用130歐下拉，但兩種方式工作后直流電平都在1.95V左右。）

（5）LVDS：Low-Voltage Differential Signaling（低電壓差分信號），為差分對輸入輸出，內(nèi)部有一個恒流源3.5～4mA，在差分線上改變方向和電平來表示“1”和“0”。通過外部的100歐匹配電阻（并接在差分線上靠近接收端）轉(zhuǎn)換為±350mV的差分電平。LVDS使用注意：可以達(dá)到600MHz以上，PCB要求較高，差分線要求嚴(yán)格等長，差最好不超過10mil（0.25mm）；100歐電阻離接收端距離不能超過500mil，最好控制在300mil以內(nèi)。LVDS的應(yīng)用模式可以有三種形式：①單向點(diǎn)對點(diǎn)和雙向點(diǎn)對點(diǎn)，能通過一對雙絞線實(shí)現(xiàn)雙向的半雙工通信；②多分支形式，即一個驅(qū)動器連接多個接收器（當(dāng)有相同的數(shù)據(jù)要傳給多個負(fù)載時，可以采用這種應(yīng)用形式）；③多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，此時多點(diǎn)總線支持多個驅(qū)動器，也可以采用BLVDS驅(qū)動器，它可以提供雙向的半雙工通信，但是在任一時刻，只能有一個驅(qū)動器工作，因而發(fā)送的優(yōu)先權(quán)和總線的仲裁協(xié)議都需要依據(jù)不同的應(yīng)用場合，選用不同的軟件協(xié)議和硬件方案。

（6）Clipped Sine Wave：削頂正弦波（Clipped Sine Wave）。相比方波的諧波分量少很多，但驅(qū)動能力較弱，在負(fù)載10K//10PF時Vp-p為0.8Vmin。通常為SMD 7050、SMD5032、SMD3225等封裝的表貼溫補(bǔ)晶振使用的輸出波形。

（7）Sin Wave：通常晶振正弦波輸出的負(fù)載阻抗為50歐姆。波形的諧波分量很小，一般諧波抑制都優(yōu)于-30dBc。正弦波輸出晶振通常用于射頻信號處理、頻率源等應(yīng)用場合。

2、晶振幾種輸出波形的區(qū)別

了解了這些定義后，目前根據(jù)實(shí)際使用情況來說，TTL由于功耗過高，基本都是不選用了，我們在這里不再對TTL進(jìn)行過多的分析了。下面，我們通過輸出波形的實(shí)際測試結(jié)果，來看看幾種方波輸出波形的區(qū)別：

（1）CMOS：

（2）LVPECL （@2.5V）：

（3）LVPECL@3.3V：

（4）LVDS：

3、晶振幾種輸出波形的測試電路

通過上述各輸出模式的波形的輸出，我們也可以從中看出當(dāng)中的區(qū)別，下面我們來講述一下各電路的測試電路：

（1）CMOS輸出測試電路：

（2）LVPECL輸出（@2.5V）測試電路：

（3）LVPECL輸出@3.3V測試電路：

（4）LVDS輸出（@2.5V）測試電路：

（5）LVDS輸出（@3.3V）測試電路：

通過以上分析，相信大家對各輸出模式的區(qū)別有了一定的了解。