可编程硅振荡器

　　若你需要一只稳定的频率信号源，过去你想到的必然是晶体振荡器，对吗?现在正确的回答为“或许是”。因为由于新器件的发展，已有的经验已不够全面了。

　　传统时钟振荡器包含有晶体、模块和陶瓷谐振器。这些元件有优良的精度和稳定性，但是机械性器件，比固体器件耐用性差。晶体不仅受到磨损，又受物理性碰撞也会引起频率和相位的误差。又因为它们依赖于配有激励器的谐振电路，故不总是能够按设计来启动工作，或者振荡在所希望的频率上。此外，晶体是不可调的。又产生多种频率成分，意味着多晶体振荡值。

　　若需要一只单一频率、可调谐的信号源，或者是产生某些“省时而质量不太高”的信号源，那么RC振荡器是个好方案。然而这方案并不高明，它只能提供有限的电压和温度方面的稳定性，并表现出较差的频率精度，误差超过几百千赫。

　　一种新方案

　　最近市场上推出了一种新器件，它具有优良的精度和直线性，小体积，低电源供给，在很宽的频率范围内能很好的发生振荡。这就是硅振荡器，其有两种类型：电阻可编程振荡器和串联可编程振荡器。两者的主要差别在于输出频率的设定方法。

　　电阻对频率

　　

电阻可编程振荡器输出频率由一只外接电阻(RSET)和引脚接入的分频器(÷1，÷10，÷100)所确定，两者组合在一起提供很宽的输出范围(见左图)。RSET用图2的简单表达式来选择。这个器件很普通，惟有振荡器IC在不用晶体、陶瓷谐振器或外接时钟参考信号的条件下，却能发生无限多的可变方波。

 

　　这电路从外部看很简单。然而在幕后却有一个专门的内反馈环路去保持RSET和输出频率成线性关系，而典型的温度系数却只有40ppm/℃，对电源电压稳定性在0.05%/V范围内。用典型的0.1%电阻器能提供在25℃好于0.6%的精确度。

　　数位对频率

　　串联可编程振荡器从许多方面看是个普通的器件。Linear Technology公司最近推出LTC6903/4，有SPI或I2C兼容接口的特征。频率是通过芯片上的10bit的DAC来确定，用4附加数位设定所希望的范围，最终输出范围在0.1%分辨率下为1kHz到68MHz。编程很简单，除了一只旁路电容外，不需要外接元件。

　　以下介绍几种应用。

　　主控数字时钟

　　可编程硅振荡器一个明显的应用是在基于微处理器系统中作为主控时钟振荡器。事实上，在中等速度的微控制器应用中，它提供一个稳定的又具有柔性的时钟信号，这对于处理器须要运行在多频率(例如静止，等待，突发方式)时特别有用。采用SPI或I2C兼容串行接口，CPU对于每一方式能够为它的主控时钟执行程序。然而把器件限定在这种简单功能，就忽视了它的灵活性价值。

　　

 

　　上图是表示微控制器配置它自己的系统时钟。

　　多相时钟信号去同步电源稳压

　　在服务器中，通信和大型数据系统中，要为CPU，驱动器，I/O子系统等要用各种稳压电源，在同步定时这些开关稳压器方面，本器件在异相运行而有若干优点。由于一个稳压器电流增加，而另一稳压器电流降低，减弱输入和输出的波纹以及电容器的惯性。各个时钟频率和它们的谐波混合所引起的脉冲差拍被消除。另一优点是由于较小的开关电流暂态过程，就消除了辐射电磁干扰。在许多应用中，衰减电磁干扰是一个关键，从而可以降低屏蔽机壳制作成本，不必要进行复杂的接地和电源设计，减小设计试验的反复和时间。

　　用TLC6902去解决这个问题，此处供给1，2，3或4相输出，所有各相都从一个共用主控振荡器引出。本器件也提供优于单通道型式的另外重要优点：输出可以是扩频频率调制(SSFM)，用一个伪随机噪声(PRN)信号将振荡器的能量扩展到一个很宽的频带上。正确的选择调制设定电阻，能够把电磁辐射干扰峰值衰减高达20dB，它确立低扩展调制百分数0%～100%(实际范围约为10%～40%)。选择适当的调制系数(度)，辐射电磁干扰频谱图形能够得以平化，在整个频带上扩展的比较均匀。由于SSFM加到基频上，应注意，所有谐波都被衰减。作为伺服环的一部分，通过内部25kHz低通滤波器而频率“跃起”是缓慢上升。这些良好控制的过渡过程，保证稳压器变换带宽不被超过，从而保持稳压作用，效率和负载响应。图4表示低的电磁干扰，同步的4相电源。

　　定时电路

　　硅振荡器的宽频带范围促使它应用在各种定时电路中。它们的频带宽，体积小，低功耗以及几乎不受冲击影响等，使得这些器件构成模块，造就灵活的精密定时功能。例如，采用另外计数器，构成的间歇振荡器在800纳秒(ns)到16秒范围内具有1%的精度(动态范围为20Ⅹ106∶1 !)。

　　测试电路

　　用热敏电阻代替RSET，可以制作意料到的、虽是非线性温度对频率关系的振荡器。阻值覆盖很宽温度范围的热敏电阻，被选择去方便地配合主控振荡器单一分频器的调整。通过加入扩展卡的试验，能够计算附加串联和并联电阻阻值，对特定热敏电阻和温度范围，可改善输出频率线性关系。在均匀的温度范围内，电路中LTC1799将提供小于±0.5 ℃的频率误差。图5表示热敏电阻传感器。

　　滤波器电路

　　变换电容器的滤波器常需要一个非标准的，甚至是可调的参考频率。因为滤波器的响应是随着此频率而改变，重要的是信号源对时间、温度和电压变化稳定性要好。

　　对于这种应用，串联可编程振荡器是一种良好选择。图6表示一种良好选择。而精确的60Hz可调陷波滤波器。LTC1062和运算放大器起着滤波作用，而LTC6903/4提供参考时钟信号，通常的陷波频率列在图6表中。此电路不仅灵活，而且也提供有很高的性能，在陷波频率上具有很尖锐的斜率和高于45 dB的衰减。图6表示陷波滤波器和其频率响应。

　　硅振荡器特点

　　1、优秀的性能：温度和电源电压稳定性高于RC振荡器(可调)分别为40ppm/℃和0.05%/ V。

　　2、冲击试验在60000G下，测不出其性能衰减。

　　3、快速的起动。

　　4、低功耗电源电流消耗低于500μA，一般低于其它振荡器2到100倍。

　　5、结构简化，用一只电阻比用一只晶体的费用低很多。

　　6、无限的频率分解，用一只电阻可设定在1kHz到33MHz中的任何频率。电阻可编程振荡器可调谐在很宽的频率范围，或可提供非标准值的参考时钟频率，例如，用在电容变换滤波器中。

　　7、在SOT-23封装的IC和一电阻构成振荡器在PCB占的位置很小，约为9mm2，高仅为1mm。