差分晶振在高速 FPGA 設(shè)計(jì)中具有非常重要的應(yīng)用，尤其是在對時(shí)鐘精度、抗干擾能力、信號(hào)完整性要求高的系統(tǒng)中，比如：

· 高速串行接口(PCIe、SFP+/QSFP、10G Ethernet、DDR4/DDR5)

· 多通道數(shù)據(jù)采集系

· 高速通信系統(tǒng)(SerDes)

· 精確同步系統(tǒng)(時(shí)間戳、ADC/DAC 驅(qū)動(dòng))

一、什么是差分晶振？

差分晶振(Differential Oscillator)是一種輸出差分信號(hào)(如 LVDS、LVPECL、HCSL)的有源晶體振蕩器，其輸出兩個(gè)互為反相的時(shí)鐘信號(hào)(CLK+ 和 CLK?)。它不同于傳統(tǒng)的單端晶振(如 CMOS 輸出的 Oscillator)。

二、差分信號(hào)的優(yōu)勢：

三、差分晶振在高速 FPGA 上的應(yīng)用

1. 作為高速接口參考時(shí)鐘

PCIe、10G/25G Ethernet、SATA 等高速接口必須使用差分參考時(shí)鐘；

通常使用 100 MHz 或 156.25 MHz 差分晶振(如 HCSL/LVDS 輸出)；

FPGA 內(nèi)部的 GTX/GTH/GTP 等高速收發(fā)器模塊(Transceivers) 需要這些差分參考時(shí)鐘。

典型連接：

差分晶振 → FPGA GTREFCLK0/1 (高速收發(fā)器參考時(shí)鐘引腳)

2. 時(shí)鐘樹的核心時(shí)鐘源

多通道高速系統(tǒng)中，使用差分晶振驅(qū)動(dòng)一個(gè)時(shí)鐘分配芯片(如 SI5341/AD9528)，再輸出多個(gè)同步時(shí)鐘；

適用于多 ADC、DAC、FPGA 通信時(shí)鐘對齊。

結(jié)構(gòu)示意：

差分晶振 → 時(shí)鐘管理芯片 (如 PLL / Fanout Buffer)
↓
多個(gè)同步時(shí)鐘→ FPGA/ADC/DAC

3. 驅(qū)動(dòng) FPGA 內(nèi)部 PLL/MMCM

差分晶振可用于提供高品質(zhì)時(shí)鐘輸入(如通過 IBUFDS 接口進(jìn)入 FPGA)，再由內(nèi)部 PLL/MMCM 輸出系統(tǒng)各模塊時(shí)鐘；提升時(shí)鐘質(zhì)量，降低整體系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)。

常見差分輸出類型與 FPGA 兼容性

? 建議根據(jù) FPGA 廠商推薦使用匹配的差分輸出類型。

四、差分晶振選型建議

優(yōu)先選擇協(xié)議推薦頻率：

PCIe：100 MHz；

SFP+/10G Ethernet：156.25 MHz；

25G/40G Ethernet：312.5 MHz；

JESD204B/C：250 MHz、312.5 MHz、625 MHz 等。

參考 FPGA 官方文檔推薦時(shí)鐘范圍；

抖動(dòng)指標(biāo)要低：

RMS jitter < 0.5 ps(高速接口要求)；

特別重要于 PCIe、JESD204C、10G/25G Ethernet。

五、差分晶振在高速 FPGA 上的常用頻率

? 具體型號(hào)建議聯(lián)系杭晶銷售或技術(shù)工程師推薦使用匹配的差分輸出類型。

六、總結(jié)

差分晶振在現(xiàn)代高速 FPGA 系統(tǒng)中幾乎是標(biāo)配，是確保系統(tǒng)高速通信與同步性能的關(guān)鍵器件。

如果你有具體的 FPGA 型號(hào) (如 Xilinx Zynq Ultrascale+、Intel Stratix 10)、差分晶振型號(hào)，或通信接口需求(如 PCIe Gen3/SFP+)，蘇州杭晶可以幫你推薦最合適的時(shí)鐘配置方案與原理圖連接設(shè)計(jì)。

審核編輯 黃宇