该选用石英晶体元件？或石英晶体振荡器( Simple Package X’Tal Oscillator )?

 传统石英振荡器(SPXO)，主要是陶瓷基座内增加主动IC元件设计，使其外部无需其他周边振荡电路设计即可达到特定振荡频率输出效果。选用通用型石英振荡器，其输出讯号为CMOS方波讯号，即为系统所需0101…时脉讯号。

那么应该在什么情况下可以选用石英振荡器呢？首先确认所搭配的运算或控制晶片中，Reference CLK输入端，是否符合具备振荡回路的基础元件？

当运算或控制晶片中有内建振荡电路必备的反向器(Unbuffered Inverter)与缓冲闸(buffer Gate)时，通常可支援成本较低的石英晶体元件(Crystal Resonator)，作为电路所需要时脉来源选项，如有遇到无法设计到特定电路所需要时脉信号品质时，这时挑选石英振荡器，将会是最简单的电路解决方案，相反当主晶片内部无内建上述反向器与缓冲器时，便仅能选用石英振荡器。以上相关讯息可由搭配的运算或控制晶片设计手册，或参考电路中得知相关讯息。

传统石英振荡器内部结构如下 :

图一. 石英振荡器内部结构

【第一部】石英振荡器功能说明

爱普生石英振荡器于产品外观上，可辨识，「频率、零件批次生产日期」等制品基本资讯，(如图二)，透视底座脚位定义皆不相同，其中包含 #1: /Standby、#2:GND、#3:OUT、#4:Vcc；当使用石英振荡器时，请注意零件置放的方向性是否正确，切勿反向放置。

图二. 石英振荡器外观与脚位

石英振荡器电路设计的部分(如图三)，我们简单说明其周边元器件功能

图三. 石英振荡器外部电路与测试条件

1. By-Pass Capacitor：

VCC与GND间需设计By-Pass电容(通常为0.01uF或0.1uF)，可分别过滤来自电源路径寄生的高频、低频杂讯，当输入电压源更佳，石英振荡器输出信号品质将更稳定。

2. Output Load Circuit (负载电路):

Output端无需增加负载电路(Load circuit)设计，此部分主要是晶振供应商为了模拟客户端的电路设计时，来自电路路径设计加上晶片内部所生成的负载电容，依特定条件进行性能测试专用，实际上PCB中负载已存在，故振荡电路设计无需另增加该电容于OUTPUT端。 (通常CMOS输出条件，CLoad=15pF max.，广泛使用于石英元件供应商厂内功能测试条件)。

3. /STANDBY：

/STANDBY(省电模式)功能执行与否，端视系统晶片来进行控制，如IC端设计有需要时脉输出(系统正常工作模式)或是不输出(系统进入省电待机模式)的控制功能，则可利用GPIO设计对该脚位进行控制，请参阅图四。

圖四. /STANDBY工作状态说明

【第二部】石英振荡器输出信号测试项目

选用石英振荡器时，验证实际板件特性测试时，会对以下重点指标，进行观察和量测，

1. 输出频率精准度(ppm)

2. 输出波形(Waveform)，其中包含振幅(Vp-p)、Tr/Tf、对称性(Duty Cycle)等参数

3. 相位抖动(Phase Jitter)^{*        *}此特性，通常仅限于高速网路或高速传送信号等应用

其中各项参数规范，端视搭载的主控制晶片所需要REFCLK Requirements 规格进行判定 (如下图和表一，参考范例)。

表一. 范例REFCLK Requirements

【第三部】石英振荡器测试项目，和量测仪器设备，

        仪器设备如下，

石英振荡器测试项目:

1.频率精准度(ppm)

采用主动式探棒搭配计频器，对输出频率进行直接量测，

      额定频率中心值 = 10,000,000Hz , 电路板上频率量测值 = 9,999,710Hz

      频率精准度(偏差) = [ ( 9,999,710Hz – 10,000,000Hz ) / 10,000,000Hz ] x 10⁶ = - 29ppm

2. 输出波形(Waveform)，包含Vp-p、Tr/tf、Duty Cycle等特性，如下图

3. 相位抖动 (Phase Jitter)

当Chipset REFCLK Requirements定义Phase Jitter规范时，如需要测试此特性时，台湾爱普生公司采用KEYSIGHT E5052B (Signal Source Analyzer)高精密仪器进行相关信号测试服务。

其中，如果待测频率源为差动式讯号(LVPECL、LVDS、HCSL等)，测试时需增加Differential转Single-end的Balun装置。 (Single end讯号无需Balun)。如下图所示(diff-CLK) :

以上为石英振荡器相关测试说明，如有测试需求或测试问题时，可洽询台湾爱普生公司各授权电子零件代理商，或是与我们联络。