- 硅振蕩器與晶體或陶瓷諧振器的比較
- 硅振蕩器的應用實例
- 有獨特的內部RC時間常數
- 沒有裸露在外的高阻抗節點
- 不需要附加定時元件
對于大多數微控制器的時鐘要求而言，硅振蕩器是一種簡單而有效的解決方案。與晶體和陶瓷諧振器不同的是，硅定時器件對于振動、沖擊和電磁干擾(EMI不敏感。此外，硅振蕩器不需要精心匹配定時元件或嚴格的電路板布線。
在實際應用中，除了一些環境因素外，時鐘源的選擇標準通常依據四個基本條件：精度、供電電壓、尺寸和噪聲。精度需求通常取決于特定應用所采用的通信標準。例如，高速USB需要±0.25%的總體時鐘精度。相比之下，無需外部通信的系統可能只需5%、10%、甚至20%的時鐘源精度便能很好地工作。
硅振蕩器與晶體或陶瓷諧振器的比較
微控制器時鐘的供電電壓典型范圍是1V至5.5V，而硅振蕩器典型的供電電壓范圍為2.4V至5.5V。
時鐘噪聲受許多因素的影響，包括放大器的噪聲、電源噪聲、線路板布線、以及振蕩元件固有的噪聲抑制特性等(或品質因數“Q”）。晶體的Q值很高，一般而言產生的噪聲最小，特別適合用于要求低基帶噪聲的系統中，例如音頻CODEC。
然而，硅振蕩器占據的空間最小，而且不需要附加的定時元件。對于大多數硅振蕩器來說，所需的外部元件通常只有一個電源旁路電容。
皮爾斯振蕩器
晶體和陶瓷諧振器大多被用在皮爾斯振蕩器中，其中晶體或諧振器作為調諧元件用在反相放大器的反饋中。為了使電路穩定，需要另加電容和電阻來進行相移補償和增益控制。此外，還須用電阻提供一定的阻尼，以防過驅動造成晶體或諧振器永久損壞。
圖1給出了兩個皮爾斯振蕩器的實例。圖1a是一個典型的晶體振蕩電路，使用外部電容和電阻。圖1b則是一個基于三端陶瓷諧振器的皮爾斯振蕩器，陶瓷諧振器中集成了補償電容。這些設計中的每一個元件的值與工作頻率、供電電壓、反相器的類型、元件類型(晶體或諧振器)以及制造商有關。
圖1.采用晶體和三端陶瓷諧振器的皮爾斯振蕩器
皮爾斯振蕩器最常見的實現方法是用一個CMOS非門做為放大器。雖然這種方案的穩定性和功耗性能通常比不上基于晶體管的振蕩器，但是，基于CMOS反相器的電路比較簡單，而且在許多情況下非常實用。帶緩沖和無緩沖反相器都能用于放大元件，其中首選無緩沖的反相器，因為它們工作得更穩定，雖然也伴隨著功耗的增加。無緩沖門沒有強大的輸出級，所以要驅動電路板上的長走線時必須使用標準反相器加以緩沖。
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硅振蕩器的優點
硅振蕩器，這種完全集成的振蕩元件是最簡單的時鐘源。這些器件可產生規定頻率的方波，可直接送入微控制器(µC)的時鐘輸入。硅振蕩器并不依賴于機械共振特性來獲得振蕩頻率，而是基于一個內部的RC時間常數。這樣的設計使硅器件對于外部機械作用不敏感。而且，與傳統振蕩器不同的是，沒有裸露在外的高阻抗節點，這樣使硅振蕩器可以承受更大的濕度和EMI影響。
硅振蕩器的應用
如果用硅振蕩器代替晶體或陶瓷諧振器，首先可以去掉和振蕩電路相關的所有元件。這通常包括一到兩個電阻和兩個電容(如果它們未被包含在諧振器封裝內）。振蕩器可以安裝在適當的位置，然后將其時鐘輸出引到微控制器(µC)時鐘輸入(OSC1)引腳。振蕩器的電源應該來自于驅動µC時鐘輸入電路的電源。
圖2和圖3給出了這種設計的一個實例，其中顯示的是用于MC68HC908µC的振蕩電路。圖2為推薦電路，三端陶瓷諧振器。
圖3為采用硅振蕩器的電路，本例采用MAX7375，SC70封裝，包括引腳在內的外形尺寸僅為2.0mmx2.1mm。
圖2.MC68HC908µC采用基于三端諧振器的振蕩器
圖3.MC68HC908µC采用MAX7375硅振蕩器
硅振蕩器在電路板上的布局通常沒有很高的要求，因為這種器件輸出的是低阻抗方波，它能夠在電路板上傳送足夠的距離，且無須顧慮其他信號對它的干擾。硅振蕩器能夠驅動多個器件。和任何其他高速信號一樣，硅振蕩器的時鐘輸出在驅動長導線時會產生電磁輻射。靠近時鐘發生器的引腳，在每路時鐘信號上串連一個電阻可以降低這種輻射。如圖4所示，MAX7375驅動兩路時鐘電路時，每條時鐘線上都串入了一個電阻。
圖4.串聯電阻減小電磁輻射
