差分晶振常用输出模式、优势及应用

差分晶振是一种有源晶体振荡器，通过将晶体振荡器中的振荡信号分成两个相位相反的输出信号，并通过差分放大电路进行放大和处理，产生稳定的差分输出信号。差分晶振具有较好的抗干扰能力，能提供更稳定、更精确的时钟信号，广泛应用于通信网络、数据中心、汽车电子、工业自动化、测试测量、医疗设备等领域。

差分晶振常用输出模式

1)LVPECL模式

LVPECL (Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic，低电压正发射极耦合逻辑)是主要的差分输出之一。它通过避免晶体管饱和，实现更快的开关速度，并配备恒定电流源驱动器。由于大电压摆动(通常为600-1000mV)，LVPECL具有卓越的抖动性能，从而输出低噪声信号，适用于PON、显卡、光模块、智能网卡等。

图 LVPECL模式输出结构

LVPECL由PECL(Positive Emitter-Coupled Logic，使用5V电源的正发射极耦合逻辑电路)演变而来。PECL电路的输出结构包含一个差分对管和一对射随器。输出射随器在正电源范围内工作，直流电流始终存在，有利于提高开关速度，保持较快的关断时间。LVPECL的标准输出是通过50Ω上拉至(VCC-2V)的电平，如图所示。

2)LVDS模式

LVDS (Low VoltageDifferential Signaling)可同时提供低功耗和低电磁干扰 (EMI)组合，由于电压摆幅较小(通常为350mV)，相比LVPECL差分输出模式功耗更低，负载阻抗为100Ω的差分线上的电流一般不超过4mA，使其不易受噪声影响，在音视频处理器、服务器、路由器和交换机等应用中非常重要。

图 LVDS模式输出结构

LVDS是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能够在差分PCB 线对或平衡电缆上以百Mbps的速率传输，其低电压幅度、低电流驱动输出使其具备低噪声、低功耗的特性。LVDS标准输出负载为差分形式，阻抗为100Ω，如图所示。

3)HCSL模式

HCSL是一种高速差分信号，通常在较低的电压水平工作，在90年代末开始用于高速串行计算机扩展总线标准(PCI Express)参考时钟。其特点包括极低的抖动和功耗，使得该类晶振广泛应用于系统内部的高速串行通信、时钟分配和数据通路等对速度、功耗、性能要求高的场景。

图 HCSL模式输出结构

差分晶振的优势

差分晶振的优势主要体现在：

1)抗干扰能力高：

差分晶振采用差分方式进行信号生成，在输入和输出引脚之间使用差分信号传输，对环境中的电磁干扰具有较强的抵抗能力。相对于单端晶振，差分晶振可通过正负极性的相互抵消，削弱噪声干扰对时钟信号的影响。

2)时钟抖动小：

能够有效减少时钟信号的抖动，提升信号的稳定性和精度，进而增强系统性能与稳定性。

3)改善时钟信号传输质量：

可以在时钟信号传输过程中提供更高的信号品质，能够减少共模噪声的影响，有效降低信号传输的损耗和失真，提高信号传输的可靠性和稳定性。

4)增加噪声容限：

可以增加时钟信号的噪声容限，提供更大的时钟信号幅度，降低时钟信号的失真和抖动，有助于保持信号的完整性和准确性。

差分晶振的应用

差分晶振凭借其优势，应用于多个领域：

通信系统：应用于无线通信、网络设备及传输系统，确保时钟信号与频率参考的稳定性，从而提升数据传输的精确性与可靠性。

数据中心设备：服务器与数据存储等设备中，差分晶振提供精确的时钟同步与数据传输，保障计算机系统的稳定运行与数据准确性。

汽车电子：为发动机控制、车载娱乐与导航系统等提供精确的时钟与频率控制，确保汽车电子系统的稳定与可靠。

工业自动化：在工业自动化控制系统中，包括PLC、机器人及传感器等，差分晶振提供稳定的时钟信号与精确的时间测量，保证系统的精度与可靠性。

测试测量设备：应用于其中的时钟、计数器、频率计等，确保测试结果的准确与稳定。

医疗设备：为时钟与数据采集电路提供准确稳定的支持，确保医疗数据的准确可靠。

大普技术的差分晶振融合自主研发的先进IC与高品质晶片，不仅性能指标卓越，还依托持续的创新迭代能力，确保技术的先进性和适用的广泛性。通过精细的电源管理和优化的电路设计，大普差分晶振在保持高性能的同时，实现了成本的有效控制和供应链的坚固稳定，为用户提供极具竞争力的选择。

图 大普技术差分晶振产品系列

在高速数据传输领域，数字信号处理器(DSP)的参考时钟频点一般为156.25MHz，其内部通过锁相环(PLL)将此基频倍频，生成与数据转换速率匹配的时钟信号，同时对差分晶振的应用提出了小型化、低功耗(不超过100mA)等需求。大普面向市场，提供性能优异的解决方案，156.25MHz差分晶振不仅支持3225、2520主流封装尺寸，而且功耗低至80mA以下，若DSP的电压摆幅允许，大普还可提供功耗更低的LVDS输出版本，进一步满足市场对节能高效产品的需求。

以全面的频率覆盖、多样的输出选项、卓越的温控稳定性、低功耗特性和超低抖动表现，大普差分晶振展现出在不同应用场景下的高度灵活性和可靠性，广泛应用于SONET/SDH、千兆以太网、串行ATA、PCI-Express、存储区域网络、光纤通道、工业控制器、测试与测量、光纤通道和通信等领域。随着AI算力等技术的不断进步，大普差分晶振将在更广泛的领域内得到应用，助力人工智能产业的蓬勃发展。

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