虽然振荡器是大多数电子器件中的关键元件,但设计人员在大多数情况下无需自行设计振荡器,因为该器件包含大量振荡器电路.相反,他们只需选择振荡器功能所需的晶体和外部电容.如果选择了错误的晶振或外部电容,可能会导致器件无法正常工作,过早失效或无法在预期的温度范围内工作.
使用此皮尔斯振荡器电路,用户可以在并联谐振模式下测试和验证晶体的基本操作.它允许用户计算和设置关键外部电容值,然后读取振荡频率.
石英晶振具有并联和串联谐振模式,并且振荡器电路针对一种模式或另一种模式进行校准,但不是两者都校准.常见的皮尔斯门振荡器(图1)使用并联晶振模式.这里,晶体由频率和负载电容(CL)指定,该电容是晶体需要看到以所需频率振荡的电容.锁相环(PLL)通常用于从如图所示的振荡器电路产生的低频信号中获得廉价的高频时钟信号,这减轻了极高频晶体的使用.
1.采用并联谐振模式的皮尔斯门振荡器是最常见的石英晶体振荡器拓扑结构.任何有用的电路模型都必须考虑栅极和其他寄生电容.
设计人员必须选择电容CL1和CL2的值,以匹配指定的晶体负载电容(CL).最常见的错误是假设并行的CL1和CL2的值等于CL的值,这是不准确的.这是因为大多数设计人员忽略了逆变器门的内部输入和输出电容(参见CIN和COUT)以及其他一些寄生电容.与外部电容相比,这些电容的价值很大(CL1和CL2);因此,设计者必须计算值CL1和C.L2使用公式1匹配制造商指定的CL:
[CL1+CIN)(CL2+COUT)/CL1+CIN+CL2+COUT]+CSTRAY=CL(1)
如果未指定CIN和COUT,则假设每个为5pF,CSTRAY为3pF,作为起点经验法则.必须通过改变CL1和CL2的起始值来优化振荡器电路,以使总电容等于晶体制造商晶振厂家规定的CL.微调电容器可以代替CL1和/或CL2,以便手动调节它们的值.(对于CL1和CL2,请务必使用温度系数较低的陶瓷电容器(COG或NP0型),并避免使用Z5U材料制成的电容器.)
这个基本测试电路是皮尔斯门振荡器,它提供贴片晶振频率的读数.有两个电阻调整(POT1和POT2)以获得最佳性能,这是频率以及晶体和寄生电容的函数.
图2示出了提供连接到端子X1和X2的有源晶振的频率(以兆赫为单位)的电路的示意图.该电路使用配置为并联谐振(U1)的皮尔斯门振荡器.它的输出通过一个无缓冲的反相器(U3),到一系列作为分频器的四位同步计数器(U4,U5,U6),再到一个频率-电压转换器(U7),以产生一个电压与振荡器产生的信号频率成正比.该电压由具有内部七段驱动器(U8)的31/2位模数转换器数字化,通过两位LED读数显示晶体频率.
用户需要先对电路进行两次调整才能使用:
•调节电位器POT2以获得VREF=VREFHi-VREFLo=0.1V.
•对于fOSC=αMHz的晶体,调整电位器POT1以获得略高于10αmV的电压VAUX.因此,对于fOSC=4MHz的晶体,电压VAUX必须约为42mV.
在进行调整之后,使用等式1计算电容器CL1和CL2的值以测量晶振的频率;假设CIN和COUT各自等于7pF,CSTRAY约为3pF,CL1=CL2.
微信号
公众号
