自20世纪20年代初国外第一台石英晶体振荡器问世至今,石英晶体振荡器技术已经日渐成熟,应用范围也越来越广泛。但是,有关石英晶体振荡器设计都是基于三点式振荡器展开的。虽然三点式振荡器有自身的优势,比如结构简单、设计方便、技术成熟,但在越来越多的系统要求差分参考频率源的形式下,三点式晶体振荡器就显得力不从心,因此设计一种高性能的差分输出晶体振荡器就显得尤为重要。在数字电视调谐芯片中,为了抑制电路的共模噪声,提高芯片的性能,所有信号都采用差分信号,因而为芯片提供本振信号的锁相环需要差分的参考频率。本文首先在参考VCO设计中常用的交叉耦合振荡器的基础上,设计出具有差分输出的石英晶体振荡器;同时,加入RC高通滤波器来滤除电路中的低频噪声,特别是电路中的闪烁噪声,从而有效地提高了晶体振荡器的相位噪声性能。然后,以现有相位噪声模型为基础,针对现有相位噪声模型存在的对振荡器具体参数设计指导意义不明确的缺点,对相关相位噪声模型进行了改进,从而给出了该种晶体振荡器的优化设计方法;仿真表明,经过改进和优化,在采用普通石英晶体模型的条件下(Q=20000),采用该结构的晶体振荡器相位噪声可达-130dBc/Hz@100Hz。为了满足后级晶振分频器方波输入的要求和减小后级信号对主体振荡电路的影响,本文采用了两级共源共栅结构的缓冲器来调整输出波形、增加隔离度;文章分析了缓冲器对相位噪声的影响,给出了优化方法。最后,我们介绍了模拟版图设计的几个要点并以此为基础设计了整个电路的版图。我们对芯片进行了流片验证。测试结果表明,本文所设计的交叉耦合晶体振荡器满足系统的要求。