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选择,使用和设计振荡器

经过克里斯·弗朗西斯|2014年10月31日,

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通过克里斯·弗朗西斯

现在大多数电子产品都有振荡器。数字电路需要一个时钟。射频信号需要一个振荡器或时钟。一些模拟电路也需要时钟或振荡信号源。如果你正在使用微控制器,那么它可能有一个内置时钟,尽管它可能不够精确,这取决于你的应用程序,所以你可能需要使用外部晶体或时钟模块,而不是能够使用内部时钟。

数字振荡器
数字振荡器的电路实际上是一个模拟振荡器,取决于你怎么看它。一些振荡器实际上产生一个“剪切正弦”输出,因此很难决定把它们放在哪个类别-数字或模拟。数字振荡器可以变得比简单地产生一个时钟信号更复杂,可以产生几个信号与一个确定的相移或包含一个频率合成器从一个固定的频率输入时钟产生一个或多个替代频率。以IDT公司的时钟发生器芯片为例。

一个普通的“数字”振荡器是1923年乔治W. Pierce发明的刺穿振荡器。

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已经使用了很长时间用于微处理器时钟,并且当您有一个需要晶体和两个外部电容器来产生自己的时钟的微控制器时,您可以使用内部逆变器和电阻器进行刺穿振荡器(虽然您有时也必须自己添加电阻)。

选择一个振荡器模块或时钟发生器意味着你需要了解可用的选择,你需要指定你的要求。

输出定义
输出可以是方波或截断的正弦波(对于数字系统很少是真正弦波)。你需要知道你需要的电压级别,例如5V TTL或CMOS电平,3.3V或更低的CMOS电平。有些振荡器具有低压差分信号输出(LVDS)。对称通常很重要,所以高相和低相是相等的(最坏情况是45%:55%)。

准确性和稳定性
您需要知道您需要的准确性和稳定性。使用陶瓷谐振器,您可以获得约0.2%的初始容差,虽然往往比这更糟糕。虽然0.2%的声音太糟糕了,但它是2000ppm(百万分之一)。石英晶晶基振荡器比通常更好的10倍。类似地,基于石英基的振荡器将具有比陶瓷谐振器的稳定性更好。稳定性可以定义为温度,负载或供应稳定性 - 所有这些都可以影响频率。

TCXO是一种温度补偿晶体振荡器或温度控制晶体振荡器(单词Crystal通常缩写为Xtal,所以X是“Crystal”的缩写)。它们的耐受性和稳定性要比1ppm好得多。对于要求频率非常精确的射频系统来说,这种精度是非常重要的。

VCXO是一种压控晶体振荡器,通常允许频率被“拉”一小部分,同时仍然具有高稳定性。频率调节范围通常限制在200ppm。

OCXO是“烤箱控制”。这些在烤箱中具有振荡器或双炉,其中电路和晶体被加热到恒定温度。一旦加热,它们非常精确且稳定。他们确实采取了相当数量的功率,但由于所需的加热器。

模拟振荡器
对于模拟振荡器,您更有可能寻找正弦波。在晶体管存在之前,存在各种“标准”模拟振荡器设计。例如,Hartley,Colpitts和Clapp。这些已被用作使用电感器和电容器的正弦波振荡器作为频率确定部件以及石英晶体。当与电感器/电容器一起使用时,它们也可以用作可变频率振荡器。其他振荡器,例如Wien桥使用电阻器和电容器来确定频率,但通常限于比电感器/电容器或晶体振荡器的较低频率。

作为示例,这是一个10MHz CLAPP振荡器,输出从晶体管Q1的源拍摄。

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有一件事与所有振荡器牢记的是他们需要时间开始。对于诸如晶体振荡器的高Q振荡器,这可以是非常重要的,因为启动时间(在时钟周期的数量上测量)与电路的Q成比例。这可能导致任何似乎发生的延迟延迟,并且也可能导致频率最初不正确。例如,这是50MHz LC振荡器的启动,需要大约800个时钟周期开始:

choosing-an-oscillator-image-3

虽然它看起来好像什么都没有发生,但如果你放大初始部分,你会看到一些实际发生的事情。要满足振荡条件,相位需要很多周期来调整,这取决于谐振电路的Q。然后他们就会突然活跃起来。

帖子选择,使用和设计振荡器首先出现了模拟集成电路提示.


了下:技术+产品,电容器


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