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分析矽振蕩器與晶體和陶瓷諧振器的對比及應用

發布時間：2019-01-23 責任編輯：lina

【導讀】對於大多數微控製器的時鍾要求而言，矽振蕩器是一種簡單而有效的解決方案。與晶體和陶瓷諧振器不同的是，矽定時器件對於振動、衝擊和電磁幹擾EMI不敏感。此外，矽振蕩器不需要精心匹配定時元件或嚴格的電路板布線。

對於大多數微控製器的時鍾要求而言，矽振蕩器是一種簡單而有效的解決方案。與晶體和陶瓷諧振器不同的是，矽定時器件對於振動、衝擊和電磁幹擾EMI不敏感。此外，矽振蕩器不需要精心匹配定時元件或嚴格的電路板布線。

在實際應用中，除了一些環境因素外，時鍾源的選擇標準通常依據四個基本條件：精度、供電電壓、尺寸和噪聲。精度需求通常取決於特定應用所采用的通信標準。例如，高速USB需要±0.25%的總體時鍾精度。相比之下，無需外部通信的係統可能隻需5%、10%、甚至20%的時鍾源精度便能很好地工作。

矽振蕩器與晶體或陶瓷諧振器的比較

微控製器時鍾的供電電壓典型範圍是1V至5.5V，而矽振蕩器典型的供電電壓範圍為2.4V至5.5V。

時鍾噪聲受許多因素的影響，包括放大器的噪聲、電源噪聲、線路板布線、以及振蕩元件固有的噪聲抑製特性等（或品質因數“Q”）。晶體的Q值很高，一般而言產生的噪聲最小，特別適合用於要求低基帶噪聲的係統中，例如音頻CODEC。

raner，guizhendangqizhanjudekongjianzuixiao，erqiebuxuyaofujiadedingshiyuanjian。duiyudaduoshuguizhendangqilaishuo，suoxudewaibuyuanjiantongchangzhiyouyigedianyuanpangludianrong。

皮爾斯振蕩器

晶jing體ti和he陶tao瓷ci諧xie振zhen器qi大da多duo被bei用yong在zai皮pi爾er斯si振zhen蕩dang器qi中zhong，其qi中zhong晶jing體ti或huo諧xie振zhen器qi作zuo為wei調tiao諧xie元yuan件jian用yong在zai反fan相xiang放fang大da器qi的de反fan饋kui中zhong。為wei了le使shi電dian路lu穩wen定ding，需xu要yao另ling加jia電dian容rong和he電dian阻zu來lai進jin行xing相xiang移yi補bu償chang和he增zeng益yi控kong製zhi。此ci外wai，還hai須xu用yong電dian阻zu提ti供gong一yi定ding的de阻zu尼ni，以yi防fang過guo驅qu動dong造zao成cheng晶jing體ti或huo諧xie振zhen器qi永yong久jiu損sun壞huai。

圖1給出了兩個皮爾斯振蕩器的實例。圖1a是一個典型的晶體振蕩電路，使用外部電容和電阻。圖1b則是一個基於三端陶瓷諧振器的皮爾斯振蕩器，陶瓷諧振器中集成了補償電容。這些設計中的每一個元件的值與工作頻率、供電電壓、反相器的類型、元件類型（晶體或諧振器）以及製造商有關。

圖1.采用晶體和三端陶瓷諧振器的皮爾斯振蕩器

皮爾斯振蕩器最常見的實現方法是用一個CMOS非門做為放大器。雖然這種方案的穩定性和功耗性能通常比不上基於晶體管的振蕩器，但是，基於CMOSfanxiangqidedianlubijiaojiandan，erqiezaixuduoqingkuangxiafeichangshiyong。daihuanchonghewuhuanchongfanxiangqidounengyongyufangdayuanjian，qizhongshouxuanwuhuanchongdefanxiangqi，yinweitamengongzuodegengwending，suiranyebansuizhegonghaodezengjia。wuhuanchongmenmeiyouqiangdadeshuchuji，suoyiyaoqudongdianlubanshangdechangzouxianshibixushiyongbiaozhunfanxiangqijiayihuanchong。

矽振蕩器，這種完全集成的振蕩元件是最簡單的時鍾源。這些器件可產生規定頻率的方波，可直接送入微控製器（µC）的時鍾輸入。矽振蕩器並不依賴於機械共振特性來獲得振蕩頻率，而是基於一個內部的RC時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)。這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)計(ji)使(shi)矽(gui)器(qi)件(jian)對(dui)於(yu)外(wai)部(bu)機(ji)械(xie)作(zuo)用(yong)不(bu)敏(min)感(gan)。而(er)且(qie)，與(yu)傳(chuan)統(tong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)，沒(mei)有(you)裸(luo)露(lu)在(zai)外(wai)的(de)高(gao)阻(zu)抗(kang)節(jie)點(dian)，這(zhe)樣(yang)使(shi)矽(gui)振(zhen)蕩(dang)器(qi)可(ke)以(yi)承(cheng)受(shou)更(geng)大(da)的(de)濕(shi)度(du)和(he)EMI影響。

矽振蕩器的應用

如果用矽振蕩器代替晶體或陶瓷諧振器，首先可以去掉和振蕩電路相關的所有元件。這通常包括一到兩個電阻和兩個電容（如果它們未被包含在諧振器封裝內）。振蕩器可以安裝在適當的位置，然後將其時鍾輸出引到微控製器（µC）時鍾輸入（OSC1）引腳。振蕩器的電源應該來自於驅動µC時鍾輸入電路的電源。

圖2和圖3給出了這種設計的一個實例，其中顯示的是用於MC68HC908µC的振蕩電路。圖2為推薦電路，三端陶瓷諧振器。

圖3為采用矽振蕩器的電路，本例采用MAX7375，SC70封裝，包括引腳在內的外形尺寸僅為2.0mmx2.1mm。

圖2.MC68HC908µC采用基於三端諧振器的振蕩器

圖3.MC68HC908µC采用MAX7375矽振蕩器

矽(gui)振(zhen)蕩(dang)器(qi)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)布(bu)局(ju)通(tong)常(chang)沒(mei)有(you)很(hen)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)，因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)器(qi)件(jian)輸(shu)出(chu)的(de)是(shi)低(di)阻(zu)抗(kang)方(fang)波(bo)，它(ta)能(neng)夠(gou)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)傳(chuan)送(song)足(zu)夠(gou)的(de)距(ju)離(li)，且(qie)無(wu)須(xu)顧(gu)慮(lv)其(qi)他(ta)信(xin)號(hao)對(dui)它(ta)的(de)幹(gan)擾(rao)。矽(gui)振(zhen)蕩(dang)器(qi)能(neng)夠(gou)驅(qu)動(dong)多(duo)個(ge)器(qi)件(jian)。和(he)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)一(yi)樣(yang)，矽(gui)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)時(shi)鍾(zhong)輸(shu)出(chu)在(zai)驅(qu)動(dong)長(chang)導(dao)線(xian)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)。靠(kao)近(jin)時(shi)鍾(zhong)發(fa)生(sheng)器(qi)的(de)引(yin)腳(jiao)，在(zai)每(mei)路(lu)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)上(shang)串(chuan)連(lian)一(yi)個(ge)電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)這(zhe)種(zhong)輻(fu)射(she)。如(ru)圖(tu)4所示，MAX7375驅動兩路時鍾電路時，每條時鍾線上都串入了一個電阻。

圖4.串聯電阻減小電磁輻射

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