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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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经过克里斯弗朗西斯

现在大多数电子设备都有振荡器。数字电路需要一个时钟。射频信号需要振荡器或时钟。一些模拟电路还需要时钟或振荡信号源。如果您使用的是微控制器,则可能有一个内置时钟,尽管它可能不够准确,具体取决于您的应用程序,因此您可能需要使用外部水晶或时钟模块,而不是能够使用内部时钟。

数字振荡器
数字振荡器的电路真的是模拟振荡器,这涵盖了您的样子。一些振荡器实际上产生“剪裁正弦”输出,因此难以确定将哪个类别放入数字或模拟。数字振荡器可以变得更复杂,而不是简单地产生单个时钟信号,并且可以产生具有限定相移的若干信号,或者包含频率合成器以产生来自固定频率输入时钟的一个或多个替代频率。例如,从IDT看一些时钟发生器芯片。

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。

选择 - 振荡器 - 图像-1

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)。

选择振荡器模块或时钟发生器意味着您需要了解可用的选择,您需要指定您的要求。

输出定义
输出可以是正方形或剪裁正弦波(很少是数字系统的真正正弦)。您需要知道您需要的电压电平。5V TTL或CMOS水平,3.3V或更低的CMOS水平。一些振荡器具有低电压差分信号输出输出(LVDS)。对称性往往是重要的,因此高阶段等于(例如45%:55%最坏情况。

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是温度补偿晶体振荡器或温控晶体振荡器(字形晶体通常缩写为XTAL,所以X用作“晶体”的缩写)。这些可以具有比1ppm更好的耐受性和稳定性。这种精度对于RF(射频)系统很重要,其中频率是非常精确的。

VCXO是一个电压控制的晶体振荡器,并且通常允许频率在少量的同时“拉动”,同时仍然具有高稳定性。频率调节范围通常限于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。

选择 - 振荡器 - 图像-2

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:

选择 - 振荡器 - 图像-3

虽然它看起来像是没有开始的,但如果你放大初始部分,你会看到一些事情实际发生。根据谐振电路的Q需要调整振荡条件需要调整振荡条件需要大量循环。然后他们似乎可以突发生命。

帖子选择,使用和设计振荡器首先出现了模拟IC提示。


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