石英晶体振荡器克服了典型的缺点

世间万物,没有什么是完美的,多多少少都存在着或多或少,或大或小的缺点.而电子元件石英晶体振荡器相对于晶体谐振器,它的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高.另外石英振荡器要花较长的起动时间.该篇文章就由康比电子介绍一下石英晶体振荡的三个缺点.

大多数石英晶体振荡器都有三个缺点:它们不能驱动大部分负载,占空比不可调,并且工作循环漂移.晶体振荡器解决了这些问题.三个并联栅极驱动重载,占空比可在25％至75％之间调节;和反馈最小化漂移.

振荡器电路包括C1,C2,C3,R1,R2,R3,一个栅极和晶振.R1和R3将栅极偏置在其线性区域中,并且电容器在晶体周围形成p滤波器.p网络保留了晶体的Q因子,为晶体提供了正确的负载电容,并防止了杂散频率的振荡.R2将晶体的功耗限制在5mW.输出电压(3.9V)和输入电压(2V)之间的差值约为1.9V,这是典型的TTL阈值电压.因此,您可以使用以下等式选择R2,即使该等式是乐观近似：

因此,对于PCRYSTAL=5mW和R2=722欧姆,你应该选择R2=750欧姆.

R2和C3形成低通滤波器,其-3dB点应为FOSC/8或更高.这种选择可以防止虚假的高频振荡.该设计的-3dB点等于FOSC/8=625kHz.您可以使用以下公式计算C3：

因为C1必须具有较大的值以最小化杂散电容变化的影响,所以510pF是可接受的值.C1,C2和C3的串联组合必须等于并联谐振石英晶振的指定负载电容,因此

所选晶体的负载电容为32pF,这要求C2为38.5pF或实际值为39pF.利用图1中的元件值,电路以5MHz的频率振荡,并联谐振贴片晶振.占空比是栅极偏置点电阻的函数.因此,逻辑门的变化引起占空比的变化-通常为30％至65％,具有正常的制造公差.占空比调整可以补偿这种变化,运算放大器提供的反馈可以将漂移降低到1％.

IC1A将振荡器输出集成到直流电平.ICL7621A适用于此功能,因为它具有高输入阻抗和大输出摆幅,并且因为它采用5V电源供电.我知道了2A将积分信号与占空比设定点电压相加以产生误差信号.反馈环路通过改变振荡器门的偏置点来保持占空比恒定,直到误差信号达到零.

该电路与输出门平行,以提高驱动能力.所有门都在同一个IC中,因此您可以安全地并联它们,并且振荡器/输出门延迟在合理的负载条件下匹配良好.必要时,输入使能信号仅在门延迟时对石英晶体振荡器输出进行门控.关闭和打开振荡器会产生振荡器启动延迟,持续时间为微秒或更长.如果不需要使能功能,可以用逆变器替换NAND门.

如果输出负载在运行期间发生变化,您可以从输出中获取反馈点以补偿变化的负载.请注意,当反馈直接来自输出时,由于端接不良的传输线导致的振铃会导致占空比变化.如果最小化占空比漂移并不重要,则不需要反馈,因此可以将R3分成2.5kΩ固定电阻和5kΩ可变电阻,连接到地.选择R3可实现25％至75％的占空比调节.对于不同的逻辑系列,您必须验证并可能重新选择栅极偏置电阻.