差分晶振在高速 FPGA 設計中具有非常重要的應用，尤其是在對時鐘精度、抗干擾能力、信號完整性要求高的系統中，比如：

· 高速串行接口(PCIe、SFP+/QSFP、10G Ethernet、DDR4/DDR5)

· 多通道數據采集系

· 高速通信系統(SerDes)

· 精確同步系統(時間戳、ADC/DAC 驅動)

一、什么是差分晶振？

差分晶振(Differential Oscillator)是一種輸出差分信號(如 LVDS、LVPECL、HCSL)的有源晶體振蕩器，其輸出兩個互為反相的時鐘信號(CLK+ 和 CLK?)。它不同于傳統的單端晶振(如 CMOS 輸出的 Oscillator)。

二、差分信號的優勢：

三、差分晶振在高速 FPGA 上的應用

1. 作為高速接口參考時鐘

PCIe、10G/25G Ethernet、SATA 等高速接口必須使用差分參考時鐘；

通常使用 100 MHz 或 156.25 MHz 差分晶振(如 HCSL/LVDS 輸出)；

FPGA 內部的 GTX/GTH/GTP 等高速收發器模塊(Transceivers) 需要這些差分參考時鐘。

典型連接：

差分晶振 → FPGA GTREFCLK0/1 (高速收發器參考時鐘引腳)

2. 時鐘樹的核心時鐘源

多通道高速系統中，使用差分晶振驅動一個時鐘分配芯片(如 SI5341/AD9528)，再輸出多個同步時鐘；

適用于多 ADC、DAC、FPGA 通信時鐘對齊。

結構示意：

差分晶振 → 時鐘管理芯片 (如 PLL / Fanout Buffer)
↓
多個同步時鐘→ FPGA/ADC/DAC

3. 驅動 FPGA 內部 PLL/MMCM

差分晶振可用于提供高品質時鐘輸入(如通過 IBUFDS 接口進入 FPGA)，再由內部 PLL/MMCM 輸出系統各模塊時鐘；提升時鐘質量，降低整體系統時鐘抖動。

常見差分輸出類型與 FPGA 兼容性

? 建議根據 FPGA 廠商推薦使用匹配的差分輸出類型。

四、差分晶振選型建議

優先選擇協議推薦頻率：

PCIe：100 MHz；

SFP+/10G Ethernet：156.25 MHz；

25G/40G Ethernet：312.5 MHz；

JESD204B/C：250 MHz、312.5 MHz、625 MHz 等。

參考 FPGA 官方文檔推薦時鐘范圍；

抖動指標要低：

RMS jitter < 0.5 ps(高速接口要求)；

特別重要于 PCIe、JESD204C、10G/25G Ethernet。

五、差分晶振在高速 FPGA 上的常用頻率

? 具體型號建議聯系杭晶銷售或技術工程師推薦使用匹配的差分輸出類型。

六、總結

差分晶振在現代高速 FPGA 系統中幾乎是標配，是確保系統高速通信與同步性能的關鍵器件。

如果你有具體的 FPGA 型號 (如 Xilinx Zynq Ultrascale+、Intel Stratix 10)、差分晶振型號，或通信接口需求(如 PCIe Gen3/SFP+)，蘇州杭晶可以幫你推薦最合適的時鐘配置方案與原理圖連接設計。

審核編輯 黃宇