首頁晶振行業(yè)動態(tài) 同時具備差分輸出的雙輸出晶體振蕩器應(yīng)用分析
同時具備差分輸出的雙輸出晶體振蕩器應(yīng)用分析
來源：http://www.element79mechanical.com 作者：億金電子 2019年08月01
石英晶體振蕩器我們最簡單的理解就是相比晶體諧振器多了自身的電壓.晶體振蕩器可以細(xì)分為SPX0振蕩器,VCXO壓控晶體振蕩器,TCXO溫度補(bǔ)償晶體振蕩器,OCXO恒溫振蕩器等.下面億金電子給大家介紹同時具備差分輸出的雙輸出晶體振蕩器.
對于諸如無線手機(jī)中的本地振蕩器(LO),鎖相LO中的頻率參考或微處理器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的主時鐘源之類的應(yīng)用,通常需要高質(zhì)量頻率源(即振蕩器).
對于系統(tǒng)設(shè)計人員來說,重要的信號源參數(shù)是頻率精度和頻率穩(wěn)定性.精度與頻率的初始值有關(guān),穩(wěn)定性與溫度和老化影響的頻率相位噪聲(短期)和漂移(長期)有關(guān).對于晶體振蕩器設(shè)計人員來說,關(guān)鍵參數(shù)是諧振器本身的參數(shù)：諧振頻率,電抗和Q因子.除了相位噪聲之外,這些參數(shù)幾乎完全是晶體的函數(shù).
低相位噪聲取決于諧振器和有源元件.諧振器應(yīng)具有高Q值(大多數(shù)晶體在10,000至50,000范圍內(nèi)具有極高的Q值).有源晶振應(yīng)具有低閃爍噪聲和低噪聲系數(shù),并且其在諧振器上的負(fù)載應(yīng)該是最小的.這些屬性描述了MAX2620 IC中的有源器件：它具有高頻雙極性工藝固有的低閃爍噪聲,低噪聲系數(shù)和低寄生rb,其有源器件上的最小負(fù)載保持高負(fù)載Q值在振蕩器電路中需要.圖1顯示了一個簡單的晶體振蕩器.
選擇晶體諧振器的主要標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)稱頻率,初始頻率精度和頻率穩(wěn)定性與溫度和老化的關(guān)系.在實踐中,設(shè)計人員應(yīng)注意晶體諧振器的中心頻率,Q值,運(yùn)動電阻和負(fù)載電容.這些參數(shù)使設(shè)計人員能夠計算振蕩器電路外部電容的值.
在圖1b中晶體諧振器(X1)是Statek的表面貼裝基模器件.需要運(yùn)動阻力值來計算圖1a中C3和C4的值,但最壞情況(高)值優(yōu)于典型值.在這種情況下,設(shè)備制造商規(guī)定最大運(yùn)動電阻為150Ω.為了啟動振蕩,該值應(yīng)小于有源器件的輸入負(fù)電阻(RIN=-gmXC3XC4)的幅度; 參見圖1a.
作為一種良好的做法,它應(yīng)該不到一半.因此,gmXC3XC4>2R1MAX
其中
gm是有源器件跨導(dǎo).在這種情況下,它等于18毫秒(18毫西門子).
XC3是電容器C3(1/2πfC3)的電抗.
XC4是電容器C4(1/2πfC4)的電抗.
R1MAX(150Ω)是晶體諧振器的最大動態(tài)電阻.
重新排列并選擇XC3=XC4,
在10MHz,C3和C4的(假定相等)是值：
C3=C4=1/2πf X C4=123.3pF
選擇行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電容值為120pF,石英晶體諧振器兩端的負(fù)載電容為C3和C4的串聯(lián)：1/(1/C3+1/C4)=60pF.但是,為確保在所需頻率下振蕩,必須通過指定的負(fù)載電容(20pF)加載晶體諧振器.這可以通過將C3和C4的值各自降低到40pF來實現(xiàn),但結(jié)果是非常大的過量增益(RIN + R1MAX),這可能對振蕩器的噪聲性能有害.設(shè)置20pF凈負(fù)載電容的首選方法是引入一個30pF串聯(lián)電容(圖1b完成電路中的C5 ).
集電極開路引腳有效-低OUT和OUT(引腳5和8)提供差分輸出或兩個單端輸出.每個引腳可吸收大約2.5mA的靜態(tài)電流,每個引腳都需要上拉至VCC.RF扼流圈或電阻可用作上拉電阻,但對于差分輸出,請務(wù)必在每條線上使用相同的類型.請注意,大于100Ω的電阻上拉會導(dǎo)致電壓過低.對于50Ω負(fù)載,單端輸出電平約為-6dBm(320mVP-P),具有RF扼流圈上拉,約-13dBm(140mVP-P),具有50Ω電阻上拉.
對于諸如無線手機(jī)中的本地振蕩器(LO),鎖相LO中的頻率參考或微處理器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的主時鐘源之類的應(yīng)用,通常需要高質(zhì)量頻率源(即振蕩器).
對于系統(tǒng)設(shè)計人員來說,重要的信號源參數(shù)是頻率精度和頻率穩(wěn)定性.精度與頻率的初始值有關(guān),穩(wěn)定性與溫度和老化影響的頻率相位噪聲(短期)和漂移(長期)有關(guān).對于晶體振蕩器設(shè)計人員來說,關(guān)鍵參數(shù)是諧振器本身的參數(shù)：諧振頻率,電抗和Q因子.除了相位噪聲之外,這些參數(shù)幾乎完全是晶體的函數(shù).
低相位噪聲取決于諧振器和有源元件.諧振器應(yīng)具有高Q值(大多數(shù)晶體在10,000至50,000范圍內(nèi)具有極高的Q值).有源晶振應(yīng)具有低閃爍噪聲和低噪聲系數(shù),并且其在諧振器上的負(fù)載應(yīng)該是最小的.這些屬性描述了MAX2620 IC中的有源器件：它具有高頻雙極性工藝固有的低閃爍噪聲,低噪聲系數(shù)和低寄生rb,其有源器件上的最小負(fù)載保持高負(fù)載Q值在振蕩器電路中需要.圖1顯示了一個簡單的晶體振蕩器.
圖1.這個簡單的晶體振蕩器基于單個振蕩器IC.晶體諧振器X1如(b)所示.
MAX2620的其他特性包括有源晶體振蕩器元件,包括緩沖放大器,可最大限度地降低振蕩器頻率的負(fù)載,在+2.7V至+5.25V范圍內(nèi)的電源電壓下工作,電源不敏感的內(nèi)部偏置,關(guān)斷能力以及兩個開路-收集器輸出,可配置為兩個單端輸出或單個差分輸出.選擇晶體諧振器的主要標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)稱頻率,初始頻率精度和頻率穩(wěn)定性與溫度和老化的關(guān)系.在實踐中,設(shè)計人員應(yīng)注意晶體諧振器的中心頻率,Q值,運(yùn)動電阻和負(fù)載電容.這些參數(shù)使設(shè)計人員能夠計算振蕩器電路外部電容的值.
在圖1b中晶體諧振器(X1)是Statek的表面貼裝基模器件.需要運(yùn)動阻力值來計算圖1a中C3和C4的值,但最壞情況(高)值優(yōu)于典型值.在這種情況下,設(shè)備制造商規(guī)定最大運(yùn)動電阻為150Ω.為了啟動振蕩,該值應(yīng)小于有源器件的輸入負(fù)電阻(RIN=-gmXC3XC4)的幅度; 參見圖1a.
作為一種良好的做法,它應(yīng)該不到一半.因此,gmXC3XC4>2R1MAX
其中
gm是有源器件跨導(dǎo).在這種情況下,它等于18毫秒(18毫西門子).
XC3是電容器C3(1/2πfC3)的電抗.
XC4是電容器C4(1/2πfC4)的電抗.
R1MAX(150Ω)是晶體諧振器的最大動態(tài)電阻.
重新排列并選擇XC3=XC4,
在10MHz,C3和C4的(假定相等)是值：
C3=C4=1/2πf X C4=123.3pF
選擇行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電容值為120pF,石英晶體諧振器兩端的負(fù)載電容為C3和C4的串聯(lián)：1/(1/C3+1/C4)=60pF.但是,為確保在所需頻率下振蕩,必須通過指定的負(fù)載電容(20pF)加載晶體諧振器.這可以通過將C3和C4的值各自降低到40pF來實現(xiàn),但結(jié)果是非常大的過量增益(RIN + R1MAX),這可能對振蕩器的噪聲性能有害.設(shè)置20pF凈負(fù)載電容的首選方法是引入一個30pF串聯(lián)電容(圖1b完成電路中的C5 ).
集電極開路引腳有效-低OUT和OUT(引腳5和8)提供差分輸出或兩個單端輸出.每個引腳可吸收大約2.5mA的靜態(tài)電流,每個引腳都需要上拉至VCC.RF扼流圈或電阻可用作上拉電阻,但對于差分輸出,請務(wù)必在每條線上使用相同的類型.請注意,大于100Ω的電阻上拉會導(dǎo)致電壓過低.對于50Ω負(fù)載,單端輸出電平約為-6dBm(320mVP-P),具有RF扼流圈上拉,約-13dBm(140mVP-P),具有50Ω電阻上拉.
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