引言
在FPGA（现场可编程门阵列）设计中，晶振作为时钟源，其稳定性和可靠性对整个系统的性能至关重要。晶振的幅度，即输出信号的电压幅度，直接影响着FPGA内部电路的稳定运行。本文将深入探讨FPGA晶振幅度的相关知识，并指导读者如何挑选稳定可靠的时钟源。
晶振基础知识
1. 晶振的定义
晶振是一种利用石英晶体的压电特性产生稳定频率的电子元件。它通过石英晶体的振动来产生一个稳定的振荡信号，这个信号作为时钟源，为FPGA内部的逻辑电路提供定时。
2. 晶振的参数
晶振的主要参数包括：
- 频率：晶振振荡的频率，单位为Hz。
- 幅度：晶振输出信号的电压幅度，通常以mV或V为单位。
- 抖动：晶振输出信号的瞬时频率变化，通常以ppm（百万分之一）为单位。
- 负载容性：晶振输出端所能承受的负载电容，单位为pF。
晶振幅度的影响
1. 对FPGA内部电路的影响
晶振幅度过低可能导致FPGA内部电路无法正确识别时钟信号，从而影响系统的稳定性和可靠性。反之，晶振幅度过高也可能造成过压，损害FPGA内部电路。
2. 对系统性能的影响
晶振幅度的稳定性对系统性能有直接影响。不稳定的晶振幅度会导致系统时钟抖动，从而影响数据传输的准确性和系统的实时性。
如何挑选稳定可靠的时钟源
1. 选择合适的晶振频率
根据FPGA设计的需求，选择合适的晶振频率。频率过高可能导致系统功耗增加，频率过低则可能无法满足系统性能要求。
2. 选择合适的晶振幅度
根据FPGA的数据手册，选择合适的晶振幅度。通常，FPGA对晶振幅度的要求在1.8V到3.3V之间。
3. 考虑晶振的抖动
选择抖动较小的晶振，以确保系统时钟的稳定性。
4. 选择合适的晶振封装
晶振的封装形式对散热和稳定性有影响。通常，BGA封装的晶振具有更好的散热性能和稳定性。
5. 考虑晶振的负载容性
根据FPGA的负载容性要求，选择合适的晶振。晶振的负载容性应与FPGA的负载容性相匹配。
实例分析
以下是一个选择晶振的实例：
假设我们设计的FPGA系统需要工作在100MHz的频率，且功耗较低。根据FPGA的数据手册，我们选择3.3V的晶振幅度。在市场上，我们找到了一款频率为100MHz，幅度为3.3V，抖动小于10ppm，负载容性为18pF的晶振。
总结
本文深入探讨了FPGA晶振幅度的相关知识，并指导读者如何挑选稳定可靠的时钟源。在实际应用中，我们需要根据FPGA设计的需求，综合考虑晶振的频率、幅度、抖动、封装和负载容性等因素，选择合适的时钟源，以确保系统的稳定性和可靠性。