设计师可以为他们的应用选择三种不同类型的振荡器。各种类型均有其优势和局限,要视其应用决定最佳选择。

常规振荡器能够高成本效益的大批量生产,得到精确的客户定制的频率,而且噪声低,但其生产时间相对较长——通常是6～10周。可编程振荡器可提供理想的频率,制造也只需几天时间,但是噪声提高了。可配置振荡器则应用模块技术克服了常规振荡器制造周期长和可编程振荡器噪声高的缺点。

常规振荡器

常规振荡器的频率几乎完全由所用的晶体决定,这种振荡器结构简单,具有成本效益高和噪声低的特性。其最大的缺陷就是制造时间过长。由于频率仅由晶体决定,特定的晶体被制成客户所需频率的振荡器。这通常需要6～8周时间。

一般情况下,常规振荡器非常适合以下两种定制频率的应用,一是大批量生产时;二是在无须考虑将近10周的交付时间的长期计划中。常规振荡器通常用于大批量和低成本的应用领域,以及对低噪声要求极高的光通信等领域。

可编程振荡器

可编程振荡器是20世纪90年代早期为克服常规振荡器制造时间长的缺点而推出的。如图1所示,任意频率的常规振荡器通过可编程的锁相环（PLL）、分频、输出累加和输出缓冲生成任意频率。

图1 可编程振荡器的内部结构

可编程振荡器可将交付时间缩短为几天。然而,和常规振荡器相比,它的噪声相当高,因此只适合某些不必考虑噪声的应用,例如小批量的生产和微控制器当中。可编程振荡器还适合快速原型应用,在实际生产中,则使用常规的定制振荡器以矫正噪声。

可编程振荡器的PLL设计可覆盖很宽的频率输出范围,但是由于20logN规则,输出噪音提高了。根据这一规则,若分频的因数为N,则输出噪声将被提高20logN倍。例如,晶体的参考频率为20MHz,若分为20kHz,则产生额外的60dB噪声。

而且,由于要用更大尺寸的裸片和比预期要小的市场需求,可编程振荡器的成本比常规振荡器要高。反过来,由于在大批量生产的应用中常规振荡器比可编程振荡器价格低得多,可编程振荡器的市场很有限。

可配置振荡器

可配置振荡器既具备可编程振荡器交付时间短的优势,又避免了其噪声高的缺陷,其内部结构如图2所示。可配置振荡器使用了能对最终产品的噪声有更强控制功能的构造块（Building-block）,而没有采用通用（one-part-fits-all）的结构。

图2 可配置振荡器的内部结构

和可编程振荡器类似,可配置振荡器内部也包含常规的晶体振荡器。但是,与可编程振荡器使用整数PLL不同,它根据最终所需频率所在的频带,选用几个分数-N PLL中的一个。由于分数-N PLL并不是将参考频率分频,从而避免了20logN规则带来的问题。

然而,分数-N PLL的无规律因数会产生尖峰噪声。为补偿这一噪声,加入了一个4阶Δ-Σ调节（DSM）块,通过将尖峰分布到不同的点来降低其总幅值。

DSM块产生了振荡器噪声的镜像,从而有效的消除了这一噪声。噪声消除（Noise-canceling）耳机就是这一原理在日常生活中应用的例子。

可配置振荡器结构中的最后一环是根据应用的需求从三种输出缓冲中选择一种,其中HCMOS（方波）是最普遍的,适合于大多数应用;LVPECL（低电压正发射极耦合逻辑）和LVDS（低电压差动信号）输出主要用于高频（高于100MHz）,例如,4Gb和10Gb光纤通道、10Gb以太网和其他光通信。

通过使用这种模块化的方法,设计师就能够根据应用所需的频率和输出类型以及噪声要求来选择晶体、分数-N PLL、DSM和输出缓冲,配置出最终的振荡器。这样组合而成的可配置振荡器可作为1～250MHz的HCMOS振荡器、1MHz～1.2GHz的LVPECL振荡器,或1MHz～1.2GHz的LVDS振荡器。

不论是以上哪种情况,振荡器都能工作在客户定制的频率,并具有可编程振荡器的快速交付时间和常规振荡器低噪声的特性。ASIC在各种可配置振荡器模块中的应用使产品更加精确,并具有高成本效益。另外,由于使用常规频率,振荡器电路的裸片尺寸小,可配置振荡器能够以比常规振荡器更低的价格达到理想的性能。

物理属性和性能特征的平衡使得可配置振荡器成为小批量应用中高成本效益的理想选择。这种可配置的设计同样也缓解了低噪声要求和快速交付需求之间的矛盾。然而,很重要的一点是,高效和经济性使可配置振荡器成为比常规振荡器更快、更经济高效的解决方案,甚至是在大批量低成本的应用中,但这些结论都是在不考虑低噪声性能的前提下得出的。