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Archive: 2018年11月29日 上午12:00

晶体振荡器:简易、低成本且高准确度的频率来源

作者:Diodes 公司应用工程部经理 Qin Zhuang   许多电子电路都需要振荡器来同步活动或提供频率参考。 以微控制器为例,频率讯号用于控制数据来往内存的移动、指令的执行,以及外部通讯的速度。另外在无线电系统中,振荡器则提供固定频率,以供发射器与接收器进行通讯。 除了频率,还有一些与振荡器有关的重要属性。像准确度与稳定性 (以百万分之一或 ppm 指定) 对通讯协议和时间记录极为重要。对于便携设备或电池供电的应用来说,低功耗可能是最关键的因素。其他需要考虑的特性还有成本,以及频率是否可调。 振荡器会使用某些谐振电路类型的反馈来产生固定频率的输出,谐振电路可作为电阻电容 (RC) 或电感电容 (LC) 网络。这些装置较为简单,且能在宽广的范围内变更频率。但从另一方面来看,这些装置无法提供许多应用所需要的准确度与稳定性。 像是石英等晶体,则因为压电效应,因此可用作谐振器。对晶体施加压力时,晶体内部会产生电压,施加电压时,晶体则会变形。将晶体搭配反馈,便可作为高准确度和稳定性的谐振器,而其自然频率则取决于晶体的大小和裁切方式。     图 1:使用 CMOS 逆变器的皮尔斯振荡器 简单的晶体振荡器 晶体本身是一种被动式组件,需搭配振荡器电路使用。晶体通常整合到需要频率讯号的装置内,例如,微控制器一般会有两个脚位,用来连接晶体和一些外部的负载电容器。这些电容器需与指定的晶体负载电容 (CL) 匹配,确保其能以正确的频率振荡。 变更负载电容器的数值,也会稍微改变振荡频率。我们可以利用电压控制型晶体振荡器 (VCXO) 达到此效果,因为这种振荡器会使用可变电容组件 (变容二极管) 调整频率。 您可用独立型装置来打造外部振荡器,像是使用晶体管或反向逻辑闸极提供放大和反馈。不过,虽然晶体厂商会提供设计指南,但想从头打造出高质量的振荡器却极为复杂。 直接使用现成的振荡器模块,通常会比较方便。振荡器模块包含晶体和振荡器电路,您唯一需要做的,就是为其提供电源。振荡器模块的准确度通常比目标装置内整合的基本电路更为出色。 但尽管晶体非常稳定,但振荡器的频率却可能因供应电压和温度影响而产生变化。要将这些影响降到最低,可以使用温度补偿晶体振荡器 (TCXO) 模块。TCXO 模块的内部电路可调整频率,藉此补偿温度变化的效应。模块经常也会内含整合式电压稳压器,用于降低外部供应电压变动的效应。TCXO 可达到 2ppm 以上的稳定性。 晶体振荡器提供简易、低成本且高准确度的频率来源,适用于宽广的频率范围,是许多应用类型的合适选择。若要深入了解,请参阅我们关于石英晶体振荡器技术的白皮书,或参阅 Diodes 公司产品页面。      ...

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