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硅振荡器的特点与应用

2010-08-09 10:15
冷血の爱
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        对于大多数微控制器的时钟要求而言,硅振荡器是一种简单而有效的解决方案。与晶体和陶瓷谐振器不同的是,硅定时器件对于振动、冲击和电磁干扰EMI不敏感。此外,硅振荡器不需要精心匹配定时元件或严格的电路板布线。

        在实际应用中,除了一些环境因素外,时钟源的选择标准通常依据四个基本条件:精度、供电电压、尺寸和噪声。精度需求通常取决于特定应用所采用的通信标准。例如,高速USB需要±0.25%的总体时钟精度。相比之下,无需外部通信的系统可能只需5%、10%、甚至20%的时钟源精度便能很好地工作。

硅振荡器与晶体或陶瓷谐振器的比较

        微控制器时钟的供电电压典型范围是1V至5.5V,而硅振荡器典型的供电电压范围为2.4V至5.5V。

        时钟噪声受许多因素的影响,包括放大器的噪声、电源噪声、线路板布线、以及振荡元件固有的噪声抑制特性等(或品质因数“Q”)。晶体的Q值很高,一般而言产生的噪声最小,特别适合用于要求低基带噪声的系统中,例如音频CODEC。

        然而,硅振荡器占据的空间最小,而且不需要附加的定时元件。对于大多数硅振荡器来说,所需的外部元件通常只有一个电源旁路电容。

皮尔斯振荡器

        晶体和陶瓷谐振器大多被用在皮尔斯振荡器中,其中晶体或谐振器作为调谐元件用在反相放大器的反馈中。为了使电路稳定,需要另加电容和电阻来进行相移补偿和增益控制。此外,还须用电阻提供一定的阻尼,以防过驱动造成晶体或谐振器永久损坏。

        图1给出了两个皮尔斯振荡器的实例。图1a是一个典型的晶体振荡电路,使用外部电容和电阻。图1b则是一个基于三端陶瓷谐振器的皮尔斯振荡器,陶瓷谐振器中集成了补偿电容。这些设计中的每一个元件的值与工作频率、供电电压、反相器的类型、元件类型(晶体或谐振器)以及制造商有关。
 


图1.采用晶体和三端陶瓷谐振器的皮尔斯振荡器
 

        皮尔斯振荡器最常见的实现方法是用一个CMOS非门做为放大器。虽然这种方案的稳定性和功耗性能通常比不上基于晶体管的振荡器,但是,基于CMOS反相器的电路比较简单,而且在许多情况下非常实用。带缓冲和无缓冲反相器都能用于放大元件,其中首选无缓冲的反相器,因为它们工作得更稳定,虽然也伴随着功耗的增加。无缓冲门没有强大的输出级,所以要驱动电路板上的长走线时必须使用标准反相器加以缓冲。
 

 

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