深入了解石英Oscillator?這幾個方面是必經(jīng)之路

電子行業(yè)正在更新?lián)Q代,各種各樣的電子產(chǎn)品也層出不窮,并且隨著發(fā)展,如今電子行業(yè)對于有源晶振的需求正在穩(wěn)步增長;所以廣大用戶必須要開始對振蕩器有一定的了解了,以便了解這類產(chǎn)品的工作原理;那么問題來了,怎么才算深入了解呢?又該從哪些方面下手會比較好呢?這其中都是大有講究的.

什么是振蕩器?振蕩器是一種產(chǎn)生重復信號的電子電路.該信號可以根據(jù)應用以多種形式出現(xiàn).某些應用程序需要基本時鐘來維持進程的操作間隔.其他應用要求時鐘具有非常干凈的波形和緊密的穩(wěn)定性,以產(chǎn)生高質(zhì)量的通信和數(shù)據(jù)傳輸.

那么這首先就是其工作原理了,了解工作原理不僅能夠讓我們在應用過程中更加順暢,還能夠為你理解后續(xù)文章提供保障.好了,閑話不多說,石英晶體振蕩器的工作原理到底是怎么樣的呢?

振蕩器電路背后的原理是穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)輸出信號.實現(xiàn)此目的的一種方法是使用正反饋回路.此處,輸出電壓的一部分被反饋到輸入,而沒有凈相移,因此增強了輸出信號.然后,信號被放大并再次環(huán)回,導致輸出信號增大.反饋環(huán)路中的增益需要控制為單位增益,否則信號將被削波和失真.

振蕩器的啟動時間也是關(guān)鍵,啟動時間是有源石英晶振首次開啟的時間.在此期間,將存在不穩(wěn)定,直到振蕩穩(wěn)定為止.啟動時間通常以微秒(µS)為單位,但是它與頻率有關(guān),并由反饋環(huán)路控制.閉環(huán)增益的大小對啟動時間有很大的影響.對閉環(huán)增益產(chǎn)生負面影響的因素包括驅(qū)動電平低,晶體電容負載(CL)的值較高以及等效串聯(lián)電阻(ESR).低增益會導致啟動時間過長,而高增益會導致啟動完全失敗或過度驅(qū)動晶體結(jié)構(gòu).理想增益取決于振蕩器電路的負電阻,在這種情況下,驅(qū)動器必須克服負電阻才能啟動并建立振蕩器輸出.因此,振蕩器頻率直接影響啟動時間,因此,對于KHz振蕩器,循環(huán)時間要比MHz振蕩器長得多.增益裕度差是kHz振蕩器中的常見問題,因為驅(qū)動電平低一個數(shù)量級,而晶體ESR則高一個數(shù)量級.為了克服這些問題,需要進行仔細的設(shè)計,以使驅(qū)動器級別與合適的CL和ESR值匹配.

還有就是負電阻,為了獲得最佳性能,必須以增強負電阻的方式設(shè)計振蕩器電路,有時將其稱為振蕩余量.負電阻的確定是通過串聯(lián)可變電阻來實現(xiàn)的.為了使電路運行良好,可靠,建議負極電阻至少為晶振單元規(guī)定的最大等效串聯(lián)電阻值的五倍.負電阻的值超過晶體單元最大電阻的五倍甚至更好.由于負電阻會在高溫下降低,因此建議在工作范圍的最高溫度下進行測試.

想要深入了解石英晶體振蕩器的話,啟動時間和負電阻這兩點是繞不開的,當然我們了解振蕩器也就是了解怎么去提高它的性能,了解設(shè)計理念和方法,自然不僅僅是這兩個方面,其中還包含負載電容,采用什么樣的諧振電路,頻率和泛音模式設(shè)計等等.