晶振(XO)輸出波形(Output Type)是與封裝尺寸一樣重要的一個技術指標，這些輸出波形可簡單歸為兩種：正弦波、方波。

在示波器上觀察振蕩器波形，雖然很多時候看到的還是不太好的正弦波，那是由于示波器的帶寬不夠。例如：有源晶振20MHz，如果用40MHz或60MHz的示波器測量，顯示的是正弦波，這是由于方波的傅里葉分解為基頻和奇次諧波的疊加，帶寬不夠的話，就只剩下基頻20MHz和60MHz的諧波，所以顯示正弦波。要完美再現(xiàn)方波需要至少10倍的帶寬，5倍的帶寬只能算是勉強，需要至少100M的示波器。

圖1. 晶振廠商規(guī)格書截圖

相較而言，方波輸出功率大，驅動能力強，但諧波分量多，正弦波輸出功率不如方波，但其諧波分量小很多。同時，兩種波形還有各種不同的表現(xiàn)形式，分別適合不同的應用。

1.方波輸出模式

數(shù)字通信系統(tǒng)中，一般采用方波輸出模式的晶體振蕩器，以匹配系統(tǒng)中驅動的負載。這些方波的通用輸出類型有TTL和CMOS，還有LVPECL和LVDS，主要指標有輸出電平、占空比、上升/下降時間、驅動能力等。

(1)TTL輸出

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

(2)CMOS輸出

CMOS輸出是最常見一種，屬于屬于電壓控制形式，用來驅動邏輯電平輸入。

圖2. 晶振的CMOS輸出波形

CMOS輸出的傳輸延遲時間慢、功耗低，相對TTL有了更大的噪聲容限，輸入阻抗遠大于TTL輸入阻抗。對應3.3V LVTTL，出現(xiàn)了LVCMOS，可以與3.3V的LVTTL直接相互驅動。HCMOS采用全靜態(tài)設計、高速互補金屬氧化物半導體工藝，CMOS采用互補金屬氧化物半導體。

(3)LVPECL輸出

LVPECL是低壓正發(fā)射極耦合邏輯(Low-Voltage Positive Emitter-Couple Logic)。ECL電路速度快，驅動能力強，噪聲小，很容易達到幾百MHz的應用，但是功耗大，需要負電源。為簡化電源，出現(xiàn)了PECL(ECL結構，改用正電壓供電)和LVPECL的輸出模式。

圖3. 晶振的LVPECL輸出波形

LVPECL由ECL和PECL發(fā)展而來，其典型輸出為一對差分信號，射極通過一個交流源接地。ECL、PECL、LVPECL使用時應注意：不同電平不能直接驅動，中間可用交流耦合、電阻網(wǎng)絡或專用芯片進行轉換。

這三種結構必須有電阻拉到一個直流偏置電壓。例如，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。

(4)LVDS輸出

LVDS是低電壓差分信號(Low-Voltage Differential Signaling)，為差分對輸入輸出，內部有一個3.5-4mA恒流源，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)轉換為±350mV的差分電平。LVDS使用注意：可以達到600MHz以上，PCB要求較高，差分線要求嚴格等長，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。

圖4. 晶振的LVDS輸出波形

LVDS的應用模式可以有三種形式：

(1)單向點對點和雙向點對點，能通過一對雙絞線實現(xiàn)雙向的半雙工通信。

(2)多分支形式，即一個驅動器連接多個接收器(當有相同的數(shù)據(jù)要傳給多個負載時，可以采用這種應用形式)。

(3)多點結構，此時多點總線支持多個驅動器，也可以采用BLVDS驅動器，它可以提供雙向的半雙工通信，但是在任一時刻，只能有一個驅動器工作，因而發(fā)送的優(yōu)先權和總線的仲裁協(xié)議都需要依據(jù)不同的應用場合，選用不同的軟件協(xié)議和硬件方案。

2. 正弦波輸出模式

正弦波(Sine Wave)主要用于對EMI、頻率干擾有特殊要求的電路，例如驅動RF組件、混頻器或其它具有50Ω輸入阻抗的器件。這時，振蕩器產(chǎn)生的輸出功率通常在0dBm到+13dBm(1mW到20mW)之間，盡管如果需要可以輸出更高功率。

還有一種特殊的削頂正弦波(Clipped Sine Wave)，相比方波的諧波分量少很多，但驅動能力較弱，在負載10K//10PF時Vp-p為0.8Vmin。SMD 7050、SMD5032、SMD3225等封裝的表貼溫補晶振通常使用這種形式的輸出波形。

正弦波輸出模式通常有諧波、噪聲和輸出功率等指標要求。這種電路要求輸出的高次諧波成分很小，后面有模擬電路選用正弦波也是比較好的選擇。

在廠商提供的晶振規(guī)格書里，除了輸出模式或輸出格式這個指標外，通常還附帶相應的波形樣式、輸出負載和測試電路，有的晶振還兼容TTL、CMOS兩者格式，應用靈活多樣。