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1. 背景
  近年来，以图像数据传输为代表的传感器数据高速传输需求不断增加，而在高速传输系统中通常采用"差分传输"。随着高速化的发展，作为数据传输基准时钟源的晶体振荡器，对差分输出晶体振荡器（以下简称差分输出振荡器）的需求也日益增加。基于这一背景，本文将对差分信号进行再讨论。

2. 时钟速率与信号电平
一般所称的晶体振荡器以单端输出为人所知，典型的有削顶正弦波输出和CMOS波（方波）输出。
削顶正弦波输出是一种类似于被钝化的矩形波形，由于不必要的高次谐波受到抑制，因此常用于RF电路。作为削顶正弦波输出的产品，TCXO（温补晶体振荡器）是代表。
CMOS波输出对应被用于数字信号处理的逻辑电平信号输出，因此适用于数字信号的传输，被广泛用于CPU等的时钟。以下是假设边缘速率采用恒定（V/sec恒定）过程产生时的时钟速率和信号电平示例，与电压无关。

如图1所示，时钟速率越高，振幅越小。为了对应高时钟速率，信号的小振幅化显得尤为重要。下文展示了CMOS输出波形与小振幅对应的输出波形及其规格（图2）。

3. 差分输出波的特点
  小振幅波形更容易受到噪声的影响。举例而言，+3.3V 的 CMOS 波形（以阈值电压+1.65V判定）即使存在+1V噪声也不会误判信号，但若为+1.8V 的 CMOS 波形（以阈值电压+0.9V判定），在存在+1V的地线噪声时可能超过阈值，导致信号反转并产生误判。

为防止小振幅波形的误判，差分信号非常有效。差分信号的特点是从一个振荡器中输出相位互为反相的两路波形。由于以等振幅、反相的信号成对传输并取其差分，因此不容易受到外来噪声和地线噪声的影响。图4示意了差分输出振荡器在受到地线噪声影响时，终端输出仍能抵消噪声并获得无噪信号的情况；同时也示意了单端输出振荡器受到噪声干扰的情况。由此可见，差分输出能有效防止噪声的影响。

In this way, the influence of noise can be prevented by using a differential output.

4. 差分信号的优点与注意事项
差分信号的优点是，当采用端接时，波形不会产生振铃；而单端输出信号因未端接，容易产生振铃，导致较大的谐波被观测到，从而在EMI等方面不利。
差分信号的注意点在于，两个信号波形的对称性至关重要。如果一方波形存在延迟（SKEW），或波形不对称，就会产生影响信号质量的共模噪声，对EMI等造成不良影响（图5）。

5. 差分输出振荡器的优点
虽然可以使用单端输出晶体振荡器，在系统IC端接收该单端输出信号，通过波形变换生成差分信号 (波形)，但要实现波形间无延迟（SKEW）的电路设计较为困难。而采用专门设计的差分输出振荡器，则能获得无延迟（SKEW）的信号，从而降低系统误动作风险。此外，在高速化的DDR3内存等领域，采用了在时钟上升沿与下降沿均传输数据的DDR（Double Data Rate）方式。但在系统IC端获取下降沿波形较为困难。在此领域也可以通过使用差动输出振荡器的输出信号的各个上升沿来实现DDR功能。

NDK根据客户的用途推出了一系列追求波形质量的差分输出振荡器，今后还将继续扩充。