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    关于SiTime MEMS硅晶振的几个概念说明（一）

    2021-09-28 16:19:421800

        1、 什么是晶体？

        答：晶体是一种在固定频率下振动的无源谐振器。可以是石英或基于MEMS形式。这些器件用于集成振荡器电路的半导体集成电路的外部始终参考。常见的封装形式有49-U、49-S、贴片四脚（实际工作只用两脚）等。英文一般用Crystal表示。晶体就是无源晶振。


        2、 什么是晶振？

        答：晶振也叫振荡器、有源晶振，是由晶体（谐振器）和振荡电路组成，能够产生时钟信号的有源器件。有源晶振需要提供外部电源才可以工作，英文一般用Oscillator表示。


        3、 什么是单端晶振？

        答：单端晶振是有源晶振，所谓的单端是指其输出信号，一般为LVCMOS输出。单端晶振多为贴片四脚封装，其中一个电源引脚、一个接地引脚、一个使能或悬空引脚、一个输出引脚。


        4、 什么是差分晶振？

        答：差分晶振是有源晶振，差分是指其输出信号。差分晶振一般用于高性能系统如 10G/40G/100G 的以太网中来提供高频信号（100 MHz 或以上）。相对于单端晶振，差分晶振利用两个相位完全相反的信号，消除了共模噪声，从而产生更高的系统性能。差分晶振用在高速系统中，以确保在具有电源噪声和其它噪声源的情况下能够获得信号的最佳完整性和稳定性。 
    虽然在某些情况下也会用到 CML，但是最常用的差分输出信号类型主要包括 LVPECL、LVDS 和 HCSL。通常，基于石英的差分振荡器的稳定度在±20ppm 至±100ppm 之间。MEMS 差分硅晶振可以支持的稳定性低至±2.5 ppm 的，这种器件的优点保证以太网设计时需要的频率偏移，从而产生最佳的吞吐量。


        5、 什么是VCXO？

    VCXO 又叫压控晶振，属于有源器件。通过电压控制 (VC)，可以在一个称为拉动范围（Pull Range）的特定范围内微调振荡器输出。VCXO 通常用于电信、宽带、视频和仪器仪表的时钟同步。 
    基于石英的 VCXO 的输出频率拉动或微调的范围在±50 至±200ppm 之间。石英压控振荡器的拉动的线性范围变化通常在 5％至 10％之间。
    MEMS VCXO 支持的拉动范围更是高达±3600 ppm，并且拉动范围的线性偏差降至 0.1％（优于石英器件50 倍），使同步环路更容易实现。

    6、 什么是TCXO？

        TCXO 也叫温补晶振，属于有源器件。此类器件通常在整个工作温度范围内的频率稳定度为±0.1ppm至±5ppm。这种器件用于需要精确时钟参考的应用中，如高性能电信和网络设备，包括小基站、同步以太网、光传输和 GNSS 模块等。
        MEMS TCXO在气流、温度快速变化、机械冲击、振动、EMI和电源噪声等环境下，可提供明显优于石英TCXO的稳定动态特性。


        7、 什么是OCXO？

        OCXO 也叫恒温晶振。这种器件具有很高的稳定性，通常优于±50ppb，甚至经常达到±5 至±20 ppb 之间。OCXO 将温度感知和补偿电路与晶体封装到一个受加热的金属盒中，创造出一个温度相对恒定的烘箱来实现高度的稳定性。双炉 OCXO（烘箱内另有一个烘箱）的稳定性可达到<±1 ppb 级别。
        OCXO 一般使用复杂的结构，并且功耗较大，低等级 OCXO 功耗为 350mW，而双炉 OCXO 功耗将达到 2.5W。 OCXO 的性能一致性欠佳，而且容易出现各种故障。


        8、 什么是三级钟（Stratum 3）?

        Bellcore GR-1288 定义了五个层级 (Stratum)，不同性能水平的网络需要的参考时钟（同步网络时钟）内在精度不同。级数越低，时钟越准确。
    •         Stratum 1
    •         Stratum 2
    •         Stratum 3
    •         Stratum 4
        Stratum 3 的自由运行稳定性为 20 年以上的偏差在±4.6 ppm 之间，24 小时以上的持续偏差要求在±0.37 ppm 范围内，这两个要求包括在所有条件下的频率误差。Stratum 3E 是 Stratum 3 更加精确的版本，具有相同的自由运行稳定性，即±4.6 ppm，但 24小时以上的持续偏差仅为±0.01 ppm，是普通Stratum 3 性能的 37 倍。作为 Stratum 3 时钟的主要选项，TCXO 已经取代了 OCXO，但目前 OCXO 具有Stratum 3E 水平的稳定性。

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