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引言 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。 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MC68HC908 μC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2.0mm x 2.1mm。 圖2. MC68HC908 μC采用基于三端諧振器的振蕩器 圖3. MC68HC908 μC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 |
